Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

Sunum yükleniyor. Lütfen bekleyiniz

DİJİTAL SESE GİRİŞ.  Bu projenin tamamlanma sürecinde yardımını ve bilgisini bizden esirgemeyen Öğretim Üyemiz Sayın Prof. Dr. Baki KARLIĞA’ya yardımları.

Benzer bir sunumlar


... konulu sunumlar: "DİJİTAL SESE GİRİŞ.  Bu projenin tamamlanma sürecinde yardımını ve bilgisini bizden esirgemeyen Öğretim Üyemiz Sayın Prof. Dr. Baki KARLIĞA’ya yardımları."— Sunum transkripti:

1 DİJİTAL SESE GİRİŞ

2  Bu projenin tamamlanma sürecinde yardımını ve bilgisini bizden esirgemeyen Öğretim Üyemiz Sayın Prof. Dr. Baki KARLIĞA’ya yardımları için teşekkür ederiz.

3 BÖLÜM 1DİJİTAL SESE GİRİŞ  1.1 Analog Sesin Karakteristikleri  1.2 Neden Dijital Ses?  1.3 Neden İkilik Sistem?  1.4 Neden Dijital?  1.5 Tasarlanmış Bazı Dijital Ses Yöntemleri  1.6 Modeller  1.7 Programlanabilir Geciktirme  1.8 Zaman Sıkıştırması  1.9 Senkronizasyon

4  1.10 Hatanın Düzeltilmesi ve Gizlenmesi  1.11 Kanal Kodlama  1.12 Veri Azaltımı  1.13 Hard Disk Kaydedicileri  1.14 PCM Adaptörü  1.15 Bir Açık-Gerçel Dijital Kaydedici  1.16 Döner Başlıklı Dijital Kaydediciler  1.17 Dijital Kompakt Kaset  1.18 Dijital Ses Yayını  1.19 Potansiyel

5 BÖLÜM 2 - DÖNÜŞTÜRME  2.1 Neleri Duyabiliriz?  2.2 Analog Sesin İçerik Bilgisi  2.3 Dönüştürmeye Giriş  2.4 Modelleme ve Armalama  2.5 Yeniden Yapılandırma  2.6 Filtre Tasarımı  2.7 Modelleme Hızının Seçimi  2.8 Modelleme – Saat Titreşimi  2.9 Aralık Etkisi  2.10 Niceleme

6  2.11 Niceleme Hatası  2.12 Titreşime Giriş  2.13 Tekrar Niceleme ve Dijital Titreşim  2.14 Temel Dijitalden Analoga Dönüştürme  2.15 Temel Analogdan Dijitale Dönüştürme  2.16 Alternatif Dönüştürücüler  2.17 Üstün Modeller  2.18 Gürültü Şekillendirmesi  Bitlik DAC  2.20 Bir Bitlik Gürültü Şekillendirme ADC’leri

7  2.21 Dönüştürücü Kalitesine Etki Eden Faktörler Faktörler  2.22 Dijital Sesteki İşlem Seviyeleri  2.23 REFERANSLAR

8 BÖLÜM1 DİJİTAL SESE GİRİŞ

9 1.1 Analog Sesin Karakteristikleri  Sesin kaydedilmesi için kullanılan ilk tekniklerde; bazı mekanik, elektriksel ve manyetik parametreler, hava basıncının,kaydedilecek sesin değiştirdiği gibi değişmesine neden olmuştur.  Bir mikrofondan gelen voltaj hava basıncının ( veya bazen hızın) bir analogudur.

10  Ancak her ikisi de aynı zaman dilimi içerisinde değişirler;bir mıknatıslı ses bandındaki manyetizma veya bir disk oluğundaki sapma ise elektriksel giriş sinyalinin bir analogudur, ancak ses kaydedicilerinde bunlardan başka;giriş sinyalindeki zaman ve cihaz boyunca olan uzaklık arasında da bir analog vardır.  Modern analog ekipmanları asıllarına göre daha düzgün görünmelerine rağmen iş gören özellikleri aynı kalmıştır, ama şimdilerde bu vadesi dolmuş bir teknolojidir.

11  Bugüne kadar;bütün büyük buluşlar yapılmıştır o yüzden bu teknoloji azalma kanununu izleyerek çok daha yavaş gelişmektedir.  Bir analog sistemde bilgiler, sürekli bir parametrenin sonsuz varyasyonları tarafından, bir teldeki voltajın veya manyetik ses bandındaki akış gücünün taşındığı gibi taşınmıştır.

12  Ayrıca bir kaydedicide aygıt boyunca uzunluk,zamanın daha ileri,sürekli bir analogudur. Bu özellikler analog sinyallerinin esas zayıflıklarıdır.İzin verilen bant genişliğinde,herhangi bir dalga formu geçerlidir.  Eğer ortamın hızı sabit değilse,geçerli olan dalga formu bir başka geçerli dalga formu ile değişecektir ayrıca bir analog sistemde zaman bazlı bir hata tespit edilemez.

13  Ek olarak, bir voltaj hatası geçerli bir voltajdan diğerine basitçe değişir ve analog sistemlerde gürültü tespit edilemez. İndirgemelerin orijinal sinyalden ayrılamaması analog sistemlerin bir özelliğidir bu yüzden bu durumla ilgili herhangi bir şey yapılamaz.  Geçilen her basamakta ortaya konan bütün indirgemelerin toplamını sistemin sonunda bir tek sinyal taşır. Böylece bir sinyalin kullanım dışı olmadan önce geçtiği aşama sayısına limit koyulabilir.

14 1.2. Dijital Ses Nedir?  İdeal bir dijital ses kaydedicisi, ideal bir analog kaydedici ile aynı karakteristik özelliklere sahiptir. Her ikisi de tamamen geçirgendir ve orijinal olarak uygulanmış dalga formunu hatasız bir şekilde tekrar üretir.  Modern ekipmanların ne derece geçirgen olacağını anlamak için yüksek kaliteli analog ve dijital ekipmanları aynı sinyallerle yan yana karşılaştırmaya ihtiyaç duyulur.  Söylemeye gerek olmasa da, gerçek dünyada ideal koşullar nadiren hüküm sürmektedir bu yüzden analog ve dijital ekipmanlar ideale ulaşamaz.

15  Dijital ses,analog sese ve analog sesin daha düşük maliyetine kıyasla veya tasarımcı dijital sesi seçtiği zaman analogdan çok daha düşük maliyet ile aynı performansa ulaşabileceğinden ideale basitçe daha yakındır.  Evrensel sanal gerçeklikte kullanılan,ileti kodu modülasyonu (PCM) olarak bilinen bir sistem vardır. Şekil 1.1 PCM in nasıl çalıştığını gösterir. Zaman ekseni bir ayrımda veya adım genişliği şeklinde belirtilmiştir ve dalga formu ölçüm tarafından düzgün aralıklarda taşınmaktadır.  Bu yönteme modelleme adı verilir ve bu modellerle beraber alınan frekansa modelleme oranı veya Fs modelleme frekansı denir.

16  Genelde modelleme oranı sabittir ve modellemeyi saat jitterinden (clock jitter) kurtarmak için her çaba gösterilmiştir bu yüzden bu şekildeki her model tamamen düzgün bir zaman adımı izleyerek oluşturulmalıdır.  Eğer sonradan oluşan zaman bazlı bir hata yoksa;modellerin karşılaşacağı ilk etkiler değişecektir. Ancak modelleri geçici olarak bir hafızada biriktirmek ve bunları sabit,özel olarak oluşturulmuş bir saat kullanarak okumak bu etkiyi yok edebilir.

17  Bu yönteme zaman bazlı doğrulama denir ve düzgün tasarlanmış bütün dijital ses sistemleri bu yöntemi kullanmak zorundadır.  Burada zaman bazlı hatanın azaltılmamış olup tamamen yok edildiği açıkça anlaşılmaktadır.  Sonuç olarak bir dijital kaydedicinin hata payı ve hareketi ölçüldüğünde bu özellikleri barındırmadığı görülür. Bu yapıdaki,dijital sesle benzerliği olmayan modeller sıklıkla sıkıntı yaratmaktadır.

18  Şöyle ki;modelleme bir veriyi bir sinyalden uzağa atar çünkü modeller arasında ne tür bir bağlantı olduğunu önemsemez.  Bu yöntem sonsuz bant genişliğine sahip olan bir sistemde doğru olabilir ama hiçbir analog ses sinyali sonsuz bant genişliğine sahip değildir.  Mikrofonlardan,manyetik ses bandı gövdelerinden,alıcı cihazın kartuşlarından ve benzeri aygıtlardan elde edilen bütün analog sinyal kaynaklarının,gerçekte kulaklarımızın yaptığı gibi bir frekans yanıtlama sınırı vardır.

19  Bir sinyal,sonlu bant genişliğine sahip olduğu zaman,değişebilme oranı sınırlanır ve bu sınır altında değişerek önceden bildirilebilir bir hale gelir.  Dalga formu,modeller arasında yalnız bir tek yolla değişebileceği zaman; sadece modellerin taşınması ve orijinal dalga formunun bu modellerden tekrar yapılandırılabilir olması önemlidir. Bu prensibin daha detaylı bir hali Bölüm 2 de verilecektir.

20 ŞEKİL 1.1 Şekil 1.1 : İleti kodu modülasyonunda (PCM), analog dalga formu periyodik olarak ölçülmüştür.Böylece her bir örneğin voltajı (burada yükseklik olarak belirtilmiştir) bir tamsayı ile açıklanmıştır.Tamsayılar dalga formunun kendisine kıyasla daha çok miktarda iletilir veya saklanır.

21  Şekil 1.1 şunu da gösterir ki;her bir model,ayrıktır ya da adım yolu çeşitlemesi ile belirtilir.  Ses dalga formunun voltajı ile orantılı olan model uzunluğu,bir tam sayı ile belirtilir. Bu yöntem niceleme olarak bilinir ve bir yaklaşım ile sonuçlanır.  Niceleme hatasının büyüklüğü ancak önemsenmeye değmeyecek olana kadar kontrol edilebilir. Ses kalitesi ve model çözümlemesi arasındaki bağlantı Bölüm 2 de verilmiştir.

22  Tamsayılar taşınmaya elverişli olmadığından bu sayıları kullanmak avantajlıdır.  Eğer bir tam sayı bir yerden diğerine nümerik hata olmaksızın taşınabilseydi sayı bütünüyle değişmeyecekti. Ses dalga formlarını nümerik olarak tanımlamakla,orijinal bilgi,istenmeyen değişikliklere karşı daha dayanıklı bir yolla ifade edilmiş olur.  Aslında,dijital ses orijinal dalga formlarını nümerik olarak taşımaktadır. Model sayısı zamanın bir analogudur,modelin büyüklüğü ise mikrofondaki basıncın bir analogudur.

23  Dijital olarak tanımlanmış dalga formunun her iki ekseni ayrık olduğu gibi;eğer bunlar bir grafik kağıdına çizilmişse,dalga formu bu sayılardan tam olarak eski haline dönebilir.  Eğer daha bir kesin bir sonuca ihtiyaç duyarsak, küçük karelere ayrılmış bir kağıt seçebiliriz. Açık olarak o zaman daha çok sayı gerekecektir ve bu sayıların her biri daha geniş bir dizide değişebilir olacaktır.  Ses dalga formu,basit dönemlerinde;voltajın dijital bir ölçerle düzgün aralıklarla ölçülmüş olmasına ve ölçümlerin bir kağıda aktarılmış olmasına rağmen, dijital bir kaydedicide taşınmıştır.

24  Ölçümlerin alınma hızı ve ölçerin doğruluğu kaliteyi belirleyen yegane faktörlerdir. Çünkü bir kere, parametre ayrık bir sayı olarak ifade edilmiştir ve böyle sayıların serisi herhangi bir değişme olmadan taşınabilir.  Kısaca bu örnekte olduğu gibi,kullanılan el yazısının ve kağıt cinsinin bilgi üzerinde hiçbir etkisi yoktur. Kalite sadece değişmenin kesin olması ile belirlenir ve sinyal yolunun kalitesinden bağımsızdır.

25 1.3 Neden İkilik Sistem ?  On parmağımız olduğu gibi onluk tabana göre ifade edilmiş sayılara alışkınız. Çoğu kişi düzine ve grosların (12 düzine, 144 adet) kullanıldığı iki onluk sisteme aşinadır.  Sadece iki rakamı olan, 0 ve 1, ikilik sistem en asgari sistemdir. İkilik rakamlar evrensel olarak bitlerle ifade edilir. Bunlar bir “aç” (on) ve bir “kapa” (off) durumlarıyla anahtarlı devrelere kolayca taşınmıştır. Sadece iki durum olmasıyla beraber ufak bir hata payları da vardır.  Ondalık sistemlerde, sayılardaki basamaklar(sağdan sayarak veya en sondan) birleri, onları, yüzleri, on binleri, v.s. simgeler. Şekil 1.2, ikilik sistemde bitlerin 1,2,4,8,16, v.s. sayılarını belirttiğini gösterir.

26  Çok basamaklı bir ikilik sistem sayısı çoğunlukla kelime olarak adlandırılır ve kelime içindeki bitlerin sayısı kelime uzunluğu olarak adlandırılır.  Sözcükte en sağda bulunan bit en az önemli bit (Least Significant Bit ) LSB olarak adlandırılır yine kelimenin sonundaki,en solda bulunan bit en önemli bit (Most Significant Bit) MSB olarak adlandırılır.  İkilik sistemde sayıların ifade edilmesi için ondalık sistemden daha fazla rakam gerekir.Ancak bu sayılar daha kolay kullanılır. 8 bitlik bir kelimeye bir byte denir bu “8 tarafından”ın (by eight) bir kısaltmasıdır.

27  Hafızaların kapasitesi ve depolama ortamları baytlarla ölçülür,ama büyük sayılardan kaçınmak için kilobytelar, megabytelar ve gigabytelar sıklıkla kullanılır.  Hafıza adresleri kendilerini ikilik sistem sayılarıyla belirtir ve kelime uzunlukları da adres dizilerini sınırlar.  Diziler,kelime uzunluklarının ikinci kuvveti arttırılarak bulunur. Bununla beraber, bir adet 4 bit’in 16 kombinasyonu vardır ve 16 yeri bulunan bir hafızaya adreslenebilir. Bir 10 bit’in ise 1024 kombinasyonu da vardır ki bu da 1000’e yaklaşıktır.

28 ŞEKİL 1.2 Şekil 1.2 : Bir ikilik sistem sayısında,basamaklar ikinin LSB den artan kuvvetlerini belirtir. Ayrıca burada MSB ve kelime uzunluğu da sınırlanır. Kelime uzunluğu 8 bit olduğunda kelime 1byte olur. İkilik sistem sayıları hafıza adresleri olarak kullanılır ve dizi kelime uzunluğu adresi tarafından tanımlanır. Burada bazı örnekler gösterilmiştir.

29  Dijital teoride, 1 K=1024 ve bir kilobytelık hafıza 1024 byte içerir. Bir megabyte (1MB) 1024 kilobyte içerirken bir gigabyte 1024 megabyte içerir.  Bir dijital ses sisteminde,modelin uzunluğunu belirten tam sayı, ikilik sistemde ifade edilir.  Gönderilen sinyaller iki fazlıdır ve önceden belirlenen zaman içerisinde bazı sabit saatlere(clock) göre değişirler.  Şekil 1.3. bu formdaki bir dönüşümün sonuçlarını göstermektedir.

30 ŞEKİL 1.3 ŞEKİL 1.3 Şekil 1.3 : (a) Bir ikilik sistem sinyali,bir değerle karşılaştırılıp girdi üzerinde tekrar saatlenmiştir böylece anlamı değişmeyecektir. (b) Bir sinyal üzerindeki jitter,sabit zamanlama oranıyla gürültü gibi görünebilir. (c) Bir sinyal üzerindeki gürültü sabit bir değer ile karşılaştırıldığında jitter olarak görünebilir.

31 ŞEKİL 1.4 Şekil 1.4 : Bir sinyal paralel veya seri olarak sayısal formda taşındığında Şekil 1.3 deki mekanizmalar dönüştürme yöntemlerinde sadece indirgemenin var olduğunu sağlar.

32  İkilik sinyal gürültü tarafından alçaltıldığında ;bu sinyalin yarı-yol başlangıcının üstünde veya altında olup olmadığını yargılayan ve dilimleme olarak bilinen bir yöntem kullanılır ve bu yöntem ile sinyal alıcı tarafından reddedilecektir.  Ayrıca sinyal sonlu bant genişliğine sahip bir kanalda taşınacaktır ve böylece akış hızı sınırlanmış olacaktır yine bir ideal dikey kenar eğim yapması için oluşturulmuştur.  Eğim yapan bir sinyale eklenen gürültü; eşik değerini yargılayan dilimleyicinin zamanını değiştirebilir. Dilimleyici çıkışı tekrar ayarlandığı zaman bu etki de yok edilmiş olur.

33  İkilik sinyaller pek çok aşamadan geçmesine rağmen aynı olarak sadece biraz daha geç çıkarlar. Tam sayılarla ifade edilen ses örnekleri düzenli bir şekilde bir yerden başka bir yere böyle bir planlama ile taşınabilir,eğer sayılar doğru bir şekilde alınmışsa yol boyunca hiç bir bilgi kaybı olmamıştır.  Ses örneklerinin taşınmasında hangi ikilik sistem sinyalinin kullanılabileceğine karar vermek için iki yol vardır ve bunlar şekil 1.4’de gösterilmiştir.  İkilik sayının her basamağı ayrı bir tel üzerinde taşındığı zaman buna paralel iletim denir

34  Tellerin durumu örnekleme oranına göre değişir. Özellikle uzun bir kelime uzunluğunun kullanımda olduğu yerlerde çoklu teller kullanışsızdır ama her bir örnekten ardışık basamakların seri olarak gönderildiği modellerde bir tek tel kullanılabilir.  Bu “İleti Kodu modülasyonunun “ tanımıdır. Açıkça bu durumda saat frekansının örnekleme oranından daha yüksek olması gerekir.

35  Sesin dijital olarak iletilmesi ile gürültü ve zaman bazlı hatalar yok edildiği halde,tek bir yüksek kaliteli ses kanalında yaklaşık olarak saniyede bir milyon bite ihtiyaç vardır ki bu da bir dezavantaj olarak karşımıza çıkar.  Dijital ses, veri oranı ekonomik olarak ele alınacağı zaman kullanılabilir. Veri oranı düşürülerek ekonomik hale getirildiğinde başka uygulamalara da olanak sağlamaktadır.

36 1.4 Neden Dijital?  Bu sorunun iki ana cevabı vardır ve ikisi de birbirinin dayanak noktalarına bağlı olduğu için bunlardan hangisinin en önemli olduğunu söylemek olanaksızdır.  İyi tasarlanmış dijital ses sistemlerinin yeniden oluşturulma kalitesi ortamdan bağımsızdır ve sadece dönüştürme yöntemlerinin kalitesine bağlıdır.  Analog sinyal olarak kabul edilmemiş sesin dijital alanda dönüştürülmesi, çok geniş olanaklar sağlamaktadır.

37  Sadece ses kalitesi ile ilgilenen birisi en uygun cevaba karar verecektir.  Eğer iyi kalitede dönüştürücüler bulunabilirse, analog kaydının bütün kusurları, dönüştürücünün büyük avantajlarıyla gizlenebilir.  Tasarımcıların en büyük uğraşı çeviricilerin dizaynında harcanmıştır;halbuki sistemin veriyi tutan bu parçaları sadece deneyimli bir kimse tarafından kullanılabilir.

38  Günümüzde,şaşma,seri hareket,özelleşmiş gürültü,çıktıyı dışarı atma,elenmeler(dropout),gürültü modülasyonu,HF sıkışması, azimuth hatası,kanallar arası faz hataları gibi aksaklıkların üstesinden gelinmiştir.  Bir dijital kayıt kopyalandığı zaman kopya üzerinde aynı sayılar görünür;bu bir seslendirme değil, bir kopyasıdır. Eğer kopya orijinalinden ayırt edilemezse burada herhangi bir jenerasyon kaybı yoktur. Dijital kayıtlar kalite kaybı olmadan sonsuza kadar kopyalanabilir.

39  Gerçek dünyada her şeyin bir fiyatı vardır ve dijital teknolojinin en büyük avantajlarından biri de düşük fiyatlı olmasıdır.  Dijital teknolojide,kopyalama herhangi bir kalite kaybına yok açmıyorsa, jenerasyon kaybına dayanmada gerekli olduğundan daha iyi olmaya ihtiyaç duyulmaz;sadece ilk jenerasyonun aslına uygun olmasına ihtiyaç duyulur böylece kopyanın kalitesi korunmuş olur.  Dijital kaydediciler kullanıldığında, profesyonel analog kaydedicilerin tükettiği gibi çok miktarda ve tutumsuz bant tüketimi olmaz.

40  Kaydedilecek bilgi ayrık sayılar olarak ifade edildiğinde herhangi bir kalite kaybı olmadan cihaz üzerinde sıkıca paketlenebilir bu durumda bazı bitler gürültü veya dropout yüzünden hata verebilirler.  Aynı kaliteye veya daha iyi bir kaliteye ulaşmak için, orijinal hata düzeltme değeri tekrardan yapılandırılabilir.  Dijital kayıtlar analog kayıtlardan daha az boş alan kaplar. Bant tutarı çok daha azdır ve depolama tutarı da düşüktür. Seri üretim için dijital devreler daha düşük fiyatlı olduğundan daha uygundur.

41  İkilik sistemi içeren şalterli devreler analog devrelerden daha yoğun olarak tamamlanabilir. Aynı çipin içine daha fazla işlevsellik konabilir. Analog devreler;şekil ve ebat değişikliğine sahip,birleştirme ve düzeltme için önemli olan değişik eleman çeşitlerinin bir topluluğundan oluşur.  Dijital devreleme; standartlanmış eleman taslaklarını kullanır ve bu taslakların otomatik ekipman üzerinde birleştirilmesi daha kolaydır burada bir ayarlama gerekecekse bu çok küçük olacaktır.

42  Bir kere ses dijital alana girmiş ise bu ses,diğer verilerden ayırt edilemeyen bir veri haline gelir. Diğer üretim alanlarında başka amaçlar için geliştirilmiş sistemler ve teknikler ses için de kullanılabilir.  Düşük fiyat için bilgisayar ekipmanları kullanışlıdır,çünkü üretim hacmi profesyonel ses ekipmanlarınınkinden çok daha büyüktür. Bilgisayarlar için geliştirilmiş disk sürücüleri ve hafızalar ses ürünlerine de yerleştirilebilir. Ses örneklerini alıp vermek için ayarlanmış bir kelime işlemcisi bir iş istasyonu (workstation) haline gelir.

43  Burada bir disk kafası veriyi sisteme saliselerde geçirirken bandın çevirmesini beklemek küçük bir ayrıntı olarak görünür.  Redaksiyon noktasını yerleştirmenin ve bant kesiği redaksiyonunun değiştirilemez doğasının yarattığı güçlük;redaksiyon noktası ses dalga formunun bir ekranda izlenmesiyle veya bir hafızadan herhangi bir hızla dinlenmesiyle yerleştirildiği zaman hemen hemen hiç göz önünde tutulmaya değmez. Redaksiyon daimi yapılanmadan önce biçimlenebilir ve taklit edilebilir.

44  Dijital ses ve hesaplamanın birleşmesi iki taraflıdır. Ses,bilgisayar endüstrisinden RAM ve hard-disk teknolojilerini ödünç alırken,Kompakt Disk (CD),CD-ROM için ve DDS(Dijital Veri Deposu) oluşturması için RDAT ödünç verilmiştir.  Veri alıp vermek için geliştirilmiş iletişim ağları dijital sesi belirsiz mesafeler boyunca kalite kaybı olmaksızın rahatça taşıyabilir. Dijital ses yayını bu tekniklerin kullanımını,paraziti yani analog yayının süreksiz ve çok yollu kabul problemlerini,yok etmek için yaratır. Aynı zamanda etkili bir kullanımı da bant genişliğinden oluşturulur.

45  Dijital ekipman,içinde şekillendirilmiş kendini teşhis programlarına sahip olabilir. Makine kendi hatalarını gösterebilir. Bir osiloskop ile bir sinyalin takip edildiği günler geride kalmıştır.  Ayrıca bir dijital devredeki hatalı bir eleman basit bir alet ile yerleştirilebilir fakat altı-tabakalı bir devre gövdesi boyunca lehimlenmiş 60 pinli bir çipin yerini değiştirmek tamamen imkansızdır.Böyle bir durumda hatayı bulmanın fiyatı devre gövdesinin tutarından daha çok olabilir.

46  Yukarıdakilerin bir sonucu olarak analog ekipmandan daha düşük bir fiyatla dijital bir ekipmana sahip olabiliriz.  Kalite hakkındaki tartışmalar pratiğe dayalı olmadığından analog ekipmanlar ekonomik olma açısından dijital teknoloji ile daha fazla rekabet edemezler ve tercih edilme oranları yavaş yavaş azalacaktır.

47 1.5. Bazı Dijital Ses Yöntemlerinin Taslakları  Dijital Ses geniş bir konu olmasına rağmen çok zor değildir. Her yöntem küçük adımlara bölünerek daha kolay takip edilebilir. Bu kitabın sonraki bölümlerinde dijital teknolojideki anahtar yöntemler daha detaylı olarak anlatılacaktır.  Bu bölümde ise bu yöntemlerin gerekli olmalarının nedenleri ve gerçek ekipmanlarla çeşitli yollarla nasıl birleştirildikleri gösterilecektir.Dijital aletlerin genel yapıları anlaşıldığında sonraki bölümler için bir bakış açısı oluşturur.

48 ŞEKİL 1.5 Şekil 1.5 : (a) İki dönüştürücü bir seri köprü ile bağlanmıştır.Basit olmasına rağmen, bu sistem yetersizdir çünkü alıcıdaki jittere neden olan saat doğruları üzerindeki gürültüyü önlemek üzere herhangi bir ortalaması yoktur. (b) Sisteme saatten gelen jitteri filtreleyen bir faz kilitli düğüm eklenmiştir.

49  Şekil 1.5 (a) minimal dijital ses sistemini göstermektedir. Bu, analog sesin bir yerden başka bir yere taşıyan noktadan-noktaya köprüden başka bir şey değildir. Bir çift dönüştürücü ile örneği serileştiren ve serileştirmeyen bir donanım içerir.  Seri iletimde bir standartlamaya gerek vardır bu yüzden değişik aletler birbirine bağlanabilir. Dijital ses ara yüzlerinin standartları 5. bölümde açıklanmıştır. Sistemdeki analog ses girişi Analogdan Dijitale(ADC) dönüştürücüden, ikilik sayılarla ifade edilen örneklere çevrilir.

50  Tipik bir örnek 16 bitlik kelime uzunluğuna sahip olmalıdır. Örnek paralelden, sonradan değişebilir örnekleme oranının 16 katı kadar dönen bir saat ile değiştirme kaydına yüklenir ve modeli analog voltajına geri çeviren dijitalden analoga (DAC) dönüştürücüye geri gönderilir.  İzleyen çalışmalarda eğer dönüştürücüler saydam ve belli bir kalitede olsaydı sistem ideal olmak zorundaydı. Maalesef bu yanlış bir kanıdır. Şekil 1.3 de gösterildiği gibi, gürültü kesilmiş(dilimlenmiş)sinyallerin zamanlaması ile değişebilir.

51  Modelin sayısal değerinin değişimine işaret ettiği müddetçe,kelime saatinin içindeki Jittere neden olan gürültüden kurtulmak, mümkün değildir.Kelime saatindeki gürültü, modellerin düzgün bir zaman bazı ile dönüştürülmemesi ve bozucuların işitilebilir düzeye çıkmasına neden olmasıyla tanımlanabilir.  Başka türlü belirtilen bir gürültü ise; birbirine bağlanan analog özellikleri, yeniden oluşan dalga formlarının etkilenmesinden koruyamaz ve bu nedenle sistem tam doğru bir dijital sistem değildir. Kelime saatine,ortalama frekansla eşzamanlı çalışan faz kilitli döngüsü olan osilatörün dahil edilmesiyle şekil 1.5’de jitter sorununun üstesinden gelinmiştir.

52  Faz kilitli döngünün çalışması,piston motorlu bir volanın fonksiyonu ile benzeşmektedir. Modeller daha sonra düzgün aralıklarla dönüştürücüye beslenir ve bozucular bu müddet zarfınca işetilebilir değildir.  Bölüm 2’de bu sonuçların meydana gelme nedenleri gösterilmiştir ve doğru dönme için gerekli olan saat doğruluğundan sonuç çıkarılması anlatılmaktadır. Bu etki,sebepleriyle açık olduğu sürece bütün dönüştürücülerin tüm adımlarının takip edilmesiyle garantili bir yöntem değildir.

53  Perakende marketlerde satılan dıştan motorlu DAC ’lerin (dijitalden analoga dönüştürücü) faz-kilit döngüsü yoktur ve unutulmaması gereken bir şey de, içten motorlu dönüştürücülerle yer değiştirildiğinde bunlardan daha kötü bir sese sahip olacaklarıdır.  Zaman bazlı doğrulamanın yokluğunda, dıştan motorlu bir dönüştürücünün ses kalitesi; kullanılan veri kablosunun tipi, dijital kaynağın güç sağlama gürültüsü gibi faktörlerden etkilenmektedir. Açıkça, Eğer DAC ’den verilen ses kablo veya kaynak tarafından etkilenmişse,bu iyi tasarlanmamıştır ve reddedilmelidir.

54 1.6. Modelleyici  Şekil 1.5’in sistemi, Şekil 1.6’da bazı yazılabilir okunabilir bellekler (Random Access Memory) eklenerek geliştirilmiştir. RAM’in çalışması ise 3. Bölümde açıklanmıştır. Cihazın ne tür işlemler yaptığı ve bu arada bu cihazın içindeki RAM adresinin kontrol edildiği belirtilmiştir.  Eğer RAM adresi her zaman,RAM’in içinde depolanmış ADC’den bir model artarsa, kaydetme RAM dolana kadar,kısa bir zaman periyodu içerisinde yapılabilir. Kayıt,adres sırasının aynı saat hızında tekrar edilmesiyle geri çalınabilir ama bu sefer DAC (Dijitalden Analoga Dönüştürücü) içinde bulunan hafıza okunur.

55  Sonuç genellikle modelleyici olarak adlandırılır.  Tekrar üretilmiş olan sesin sahası ve süresi;tekrar çalma saatinin değişik hızlarda işletilmesiyle değiştirilebilir. Bir megabytelık hafıza;saniyede 1 milyon bit hızında, sadece 8 saniye kayıt değeri verir.  Bu yüzden modeller açıkça kısa çalma süresine sahip olmakla sınırlandırılmıştır.Bununla beraber bu çalma süresi veri azaltımı kullanılarak uzatılabilir.

56  Çalıştıran tekrar çalınan saat değişik oranlarda, eğimde ve süredeki yeniden oluşturulan ses değiştirilir.  Saniyede 1 milyon bit oranındaki bir megabytelık hafıza sadece 8 saniye kayıt değeri verir böylece modeller açıkça kısa çalma zamanlarından sınırlandırılmış olur ve bununla beraber bu sınırlandırma veri kısıtlamasına kadar uzatılmalıdır.

57 ŞEKİL 1.6 Şekil 1.6 : Bir dijital modelleyicide kaydetme ortamı yazılabilir okunabilir bellektir. (RAM). Başka bir cihazla karşılaştırıldığında mümkün olan kaydetme süresi daha kısadır ancak kaydetmeye giriş; kaydetmenin RAM e adresleme tarafından kontrol edilmesi gibi direkt ve esnektir.

58 1.7. Programlanabilir Gecikme  Eğer RAM farklı bir yolda kullanılıyorsa,aynı anda hem yazılıp hem de okunuyor olabilir. O zaman,adresler arasındaki ilişkiyi kontrol etmek gecikmeyi değiştir.  Adresler,maksimum sayıma ulaştıktan sonra sıfıra taşan sayaçlar tarafından oluşturulur. Bunun sonucunda;hafıza boşlukları Şekil 1.7’de gösterildiği gibi dairesel olarak görünür. Yazma ve okuma adresleri,genel bir saat tarafından sürülür ve dairenin etrafında biri diğerini takip eder.

59 ŞEKİL 1.7 Şekil 1.7 : Eğer hafıza adresleri taşmakta olan bir sayaçtan gelecek şekilde düzenlenirse hafıza görülen daireden yapılandırılabilirdir. O zaman yazma adresleri durmadan döner,bir önceki veri her döngüde bir kere üzerine yazılır. Okuma adresleri değişken bir mesafe (bir devri geçmeyecektir) ile yazma adreslerini izleyebilir. Böylece değişken bir gecikme okuma ile yazma arasında yer alır.

60  Eğer okuma adresi yazma adresini yakın bir şekilde izliyorsa, gecikme kısadır. Ayrıca eğer okuma adresi yazma adresinin önünde kalıyorsa, maksimum gecikmeye ulaşılır.  Programlanabilir gecikmelerden,sesin ve çeşitli işlemlerden dolayı geciken videonun düzenlendiği TV stüdyolarında yararlanılmaktadır. Ayrıca oditoryumlarda çeşitli hoparlörlerden gelen sesi hizalamak için kullanılabilirler.

61 1.8 Zaman Sıkıştırması  Modeller dönüştürüldüğünde, ADC sabit saat hızında çalışmalıdır ve çıktı olarak modellerin bozulmamış bir sırasını verir. Ele alış rahatlığı için, zaman sıkıştırması model dizisinin bloklar halinde ayrılmasına olanak sağlar.  Şekil 1.18, bir çift RAM besleyen bir ADC’yi göstermektedir. Bir tanesi ADC tarafından yazılırken, diğeri okunabilir ya da tam tersi gerçekleşebilir. Birinci RAM dolduğu anda, ADC diğer RAM’in girdisine döner böylece her hangi bir model kaybı olmaz.

62  Birinci RAM artık modelleme hızından daha yüksek bir saat hızıyla okunabilir. Sonuç olarak RAM, yazıldığından daha yüksek bir saat hızıyla okunur ve ikinci RAM dolana kadar sistemin çıktısı durur. Modeller artık zaman sıkıştırılmış modellerdir. Modeller ele alınması zor kopmamış bir dizi olmak yerine aralarında uygun boşluklar olan bloklara dönüştürülmüşlerdir. Bu boşluklarda çok sayıda işlem yer alabilir.  Döner başlıklı bir kayıt cihazı başlıkları değiştirebilir ya da sabit bir disk başka bir modele atlayabilir. Manyetik ses bandının kaydı sırasında, ses modellerinin zaman sıkıştırması, senkronizasyon kalıplarına alt kodlamanın ve hata düzeltme kelimelerinin kaydedilmesinde zaman olanağı sağlar.

63  Video Kaset Kaydedicileri (VCR) kullanan dijital ses kayıt cihazlarında zaman sıkıştırması sürekli ses parçalarının senkronizasyon vuruşlarıyla ayrılmış boşluksuz video dalga formundaki bloklara yerleştirilmesine olanak sağlar.  Daha sonra, her türlü zaman sıkıştırması, zaman açılımıyla geri çevrilebilir. Modeller gelen saat hızıyla RAM’e yazılır ancak standart model hızıyla okunur. Bir tasarım hatası olmadıkça, zaman sıkıştırması tamamen sessizdir.

64  Bir kayıt cihazında, zaman açılımı aşaması zaman tabanı düzeltmesi aşamasıyla birleştirilebilir böylece ortamdaki hız değişiklikleri aynı anda ortadan kaldırılabilir. Ses kaydında zaman sıkıştırmasının kullanılması evrenseldir.  Genellikle, ortamdaki anlık veri hızı dönüştürücülerle aynı değildir, ancak ortalamanın aynı olması gerekir.Zaman sıkıştırmasının başka bir uygulaması tek bir kabloda birden fazla ses kanalının beraber taşınmasıdır.  Örneğin, ses parçaları 2 çarpanıyla sıkıştırılırsa bir kabloda stereo kaynaktan gelen parçaların taşınması mümkündür.Dijital video kaydedicilerde, hem ses hem de görüntü zaman sıkıştırmasına uğrar böylece aynı kafaları ve teybi kullanabilirler.

65 1.9 Senkronizasyon  Gerçek zamanda dijital cihazlar arasında parçaların transferi ancak ikisi de ortak bir örnekleme oranı kullandıklarında ve senkronize edildiklerinde mümkündür. Dijital bir kayıt cihazı parçaları kaydedebilmek için dijital girdinin örnekleme hızına senkronize edilmelidir.  Böyle bir kayıt cihazının geri çalma yapabilmesi içi harici bir örnekleme hızı referansına kilitlenmesi gereklidir, böylece örneğin dijital bir mikserle bağlantısı yapılabilir. Görüntü sistemlerinde halen kullanılmakta olan bu sistem şimdi dijital ses sistemlerinde de yaygınlaşmaktadır. Bölüm 5’te Dijital Ses Referans Sinyali (Digital Audio Reference Signal-DARS) anlatılmaktadır.

66 ŞEKİL 1.8 Şekil 1.8 : Zaman sıkıştırmasında,bir ADC’den gelen,kırılmamış,Gerçel-zamanlı model dizisi ayrık bloklara bölünür. Bu işlem,şekilde gösterildiği gibi yapılır. Modeller,yazma saatinden gelen modelleme hızıyla bir RAM’in içine yazılır. İlk RAM dolduğu anda anahtarın konumu değişir ve birinci RAM’in daha yüksek frekanslı bir saat kullanılarak okunmasına rağmen;Yazma işlemi ikinci RAM’in içine yazılarak devam eder. RAM yazıldığından daha hızlı okunur ve bu yüzden veriler diğer RAM dolmadan çıktı olur. Bu tür bir işlem; veri akışında, konu metninde açıklandığı gibi kullanılan, boşluklar açar.

67  Şekil 1.9’da harici referans kilitleme işlemelerinin nasıl yürüdüğü gösterilmiştir. Zaman-tabanı açılımı RAM için okuma saati olan bir harici referans tarafından kontrol edilmektedir ve bu da RAM’deki adres değişikliklerinin hızını belirlemektedir.  Dijital Bant Bölümü söz konusu olduğunda, RAM’in yazma saati teyp hızıyla orantılı olacaktır. Eğer teyp hızlı sarıyorsa, yazma adresi hafızadaki okuma adresini yakalayacak ya da teybin yavaş sardığı durumda okuma adresi yazma adresini yakalayacaktır.

68  Teyp hızı okuma adresinin yazma adresinden çıkarılmasıyla kontrol edilmektedir. Adres farkı teyp hızının kontrol edilmesinde kullanılmaktadır. Yani, eğer teyp hızı çok fazlaysa hafıza, boşaltıldığından daha hızlı dolacak ve adres farkı normalden daha büyük olacaktır. Bu da teybi yavaşlatır.  Diğer bir deyişle, dijital kayıt cihazlarında ortamın hızı veri akış hızının doğru kalmasını sağlamak amacıyla sürekli değişmektedir. Tabi ki, akan veriden dönüştürücüye kadar olan kararsızlıkları tamamen izole edebilen zaman-tabanı düzeltmesi sayesinde bu değişim sessiz bir şekilde gerçekleşmektedir.

69  Çoklu kayıt cihazlarında, değişik kayıtlar örnek doğruluğu sağlamak için senkronize edilebilir, böylece farklı kayıtlar arasında zamanlama hatası oluşması engellenir. Eğer daha fazla kayıt gerekiyorsa, ilave kayıtlar aynı doğruluk derecesine sahip olmak üzere ilk kayıtlara ikincil olarak eklenebilir.  Stereo kayıt cihazlarında faz hatalarına bağlı görüntü kaymaları engellenmiştir. Bir referansa bağlı olmaksızın yeniden çalma için, örneğin analog bir çıktı elde etmek için, dijital kayıt cihazı kristal bir osilatör kullanarak yerel olarak bir örnek saat oluşturur. Profesyonel makinelerde dahili ve harici referansları değiştirmek için tedarik yapılacaktır.

70 1.10 Hatanın Düzeltilmesi ve Gizlenmesi  İkili bir veri kaydı yapılırken, ara bir durum söz konusu olmaksızın, bir bit doğru ya da yanlıştır. Az miktardaki gürültü reddedilir ancak kaçınılmaz olarak, seyrek ses darbeleri bazı bitlerin tek başlarına hatalı olmasına neden olur.  Yarım kalanlar bir yerdeki daha fazla bit’in hatalı olmasına yol açar. Bu çeşit bir hataya taşma hatası denir. Ortam ya da sorumlu mekanizmanın doğası ne olursa olsun, veriler ya doğru olarak düzeltilir, ya da bazı bit veya taşma hatalarının bir birleşimi sonucu sorun yaşanır. CD de rasgele hatalar üretimden; taşma hataları ise kirlenme veya disk yüzeyindeki çiziklerden kaynaklanır.

71  Bir bit hatasının duyulabilirliği, modelin hangi bitinin hatalı olduğuna bağlıdır. Yüksek sesli bir müzik bölümünde eğer bir modelin LSB’sinde bir hata varsa, bu hata tamamen maskelenir ve bu hata fark edilemez.  Karşıt olarak, eğer sessiz bir müzikte, bir modelin MSB’sinde hata oluşmuşsa, ortaya çıkan gürültü herkes tarafından fark edilebilir. Açık bir şekilde bu hataların duyulabilir ortamdan ayıklanması gerekir ki bu da hata düzeltmenin amacını oluşturmaktadır.

72  İkilik sistemde, bir bitin iki durumu vardır. Eğer hatalıysa, durumu tersine çevirmek gerekir ve bit doğru olur. Dolayısıyla düzeltme işlemi kolay ve mükemmeldir.  Asıl zorluk hangi bitlerin hatalı olduğunun belirlenmesidir. Bu da verileri gereksiz bitler ekleyerek kodlayarak yapılır. Bu gereksizlik sadece dijital teknolojiyle sınırlı değildir: uçakların birkaç motoru, arabaların ikiz fren sistemleri vardır.

73 ŞEKİL 1.9 Şekil 1.9 : Zaman sıkıştırması kullanan bir kaydedicide modeller,Ram’in zaman bazlı bir doğrulayıcı (TBC) olarak kullanılmasıyla sürekli bir akışa geri döndürülebilir.Uzun dönem veri hızı TBC’nin girdisinde ve çıktısında aynı olmak zorundadır aksi halde TBC veri kaybeder.Bu işlem,yazma ve okuma adreslerinin karşılaştırılmasıyla ve teyp hızının kontrol edilmesi için farklın kullanılmasıyla bitirilir.

74  Açık bir şekilde, ele alınması gereken hatalar arttıkça, daha fazla boşluk gerekecektir. Eğer dört motorlu bir uçak bir motoru bozulduğunda uçacak şekilde tasarlanmışsa, motorlarından herhangi üçü uçağı uçurabilecek güçtedir ve dördüncü motor gereksizdir.  Gereksizlik miktarı, başa çıkılabilecek hata sayısına eşittir. Eğer uçağın iki motoru bozulursa, uçak hala uçabilir ancak hızını azaltması gerekir, bu gereken bir azalmadır. Ancak bir uçuşta iki motorun birden bozulması uzak bir ihtimaldir.

75  Dijital ses sitemlerinde, düzeltilebilir hata miktarı, gereksizlik miktarıyla orantılıdır ve Bölüm 4’te gösterileceği gibi bu limit dahilinde modeller tamamen eski hallerine döndürülebilmektedir. Sonuç olarak düzeltilen parçalar duyulamaz.  Gizleme kayıttan önce model sırasını değiştirmekle ya da karıştırmakla mümkün olur. Bu Şekil 1.10’da gösterilmiştir ki burada tek sayılı modeller, çift sayılı modellerden kayıttan önce ayrılmıştır. Tek ve çift kümeler farklı yerlerde kaydedilmiş olabilir, böylece düzeltilemez bir taşama hatasının sadece bir grubu etkilemesi sağlanmıştır.

76  Eğer hat miktarı, gereksizlik miktarını geçerse düzeltme imkansızdır ve gereken azalmayı sağlayabilmek için gizleme kullanılır. Gizleme, eksik olan modelin değerinin komşu modellere dayanarak tahmin edildiği bir işlemdir.  Tahmin edilen model değeri orijinal değerle birebir aynı olmak zorunda değildir ve aynı koşullar altında, özellikle sık olduğu, durumlarda gizleme duyulabilirdir. Bununla birlikte, gizleme iyi tasarlanmış bir sistemde önemli bir hata ya da sorun olmadıkça nadiren görülür.

77  Çalma esnasında modeller kendi sıralarında yeniden birleştirilmiştir ve hatanın, dolayısıyla da bütün modelleri kaybetme riskinin bölünmesi sağlanmıştır. Dalga biçimi normalin yarısıdır ancak aynı doğruluk kaybıyla yeniden üretilebilirdir.  Bu durum, mükemmel olmasa da yeniden üretilememekten daha iyidir. Hemen hemen tüm dijital kayıt cihazları böyle tek/çift olarak karıştırıp gizleme sağlamaktadır. Doğal olarak, eğer bütün hatalar düzeltilebilirse, karıştırma bir zaman kaybıdır. Karıştırma sadece düzeltmenin mümkün olmadığı durumlarda kullanılır.

78 ŞEKİL 1.10 Şekil 1.10: Hata düzeltmenin uygun olmadığı durumlarda, modeller kayıttan önce uygun şekilde sıralandıkları taktirde gizleme kullanılabilir. Tek ve çift model grupları gösterildiği gibi farklı yerlerde kaydedilmiştir. Sonuç olarak düzeltilemez hatalı modeller, düzgün modellerin arasında tek tek bulunurlar. Gösterilen örnekte, 8. model hatalıdır ancak 7.ve 9. modeller doğrudur dolayısıyla da 8.’nin değerine diğer ikisinin ortalaması alınarak yaklaşılabilir. İç değerlenmiş değer, yanlış olanla değiştirilir.

79 ŞEKİL 1.11 Şekil 1.11 : Ara ayırmada, modeller satırlarla doldurulan sütunlar alınarak, normal sıralarından farklı kaydedilirler. Çalma esnasında bu işlem ters çevrilmelidir. Bu, modelleri kendi yerlerine koyar ancak taşma hatalarını daha kolay ve doğru düzeltilebilen küçük parçalara ayırır. Ara ayırma ve geri ara ayırma gecikmeye sebep olur.

80  Yüksek yoğunluklu kayıt cihazlarında, belirli bir eksiklik büyüklüğü için daha fazla veri kaybı olur. Eksikliğin büyüklüğüne eşit boyutta gereksizlik eklemek kodlama açısından verimli değildir.Şekil 1.11’de de gösterildiği gibi böyle bir sistemin verimliliği ara ayırma ile artırılabilir.  ADC’den gelen sıralı parçalar, doğal sıralarıyla olmamak kaydıyla kodların içerisine monte edilir. Hafızanın içine, sıralı kodlar satırlar boyunca monte edilir. Hafıza dolunca, bunlar sütunlar boyunca okunarak ortama kopyalanır. Çalma esnasında modelleri tekrar doğal sıralarına döndürmek için geri ara ayırma gerekir.

81  Bu, modelleri teypten hafızaya sütunlar halinde yazmak suretiyle yapılır ve dolduğunda hafıza satırlar halinde okunur. Hafızadan okunan modeller artık doğal sıralarındadırlar, dolayısıyla bunun kayıt üzerinde herhangi bir etkisi yoktur.  Bununla birlikte bir taşma hatası oluştuğunda bu geri ara ayırma hafızasındaki sıralı modellere dikey olarak zarar verir. Hafıza okunduğunda, büyük boyutlu hatalar, kodların düzeltme yeterliklerine eşit boyutta küçük hatalara bölünürler ki bu da düzeltmenin azami verimlilikle yapılmasını sağlar.

82  Ara ayırma, geri ara ayırma, zaman sıkıştırması ve zaman-tabanı düzeltmeleri gecikmelere neden olur ki bu da dijital bir makineyi çalıştırdıktan sonra sesin gelmesine kadar geçen süreden de bellidir.Güvenli çalma, çalma ve okuma kafalarının belirttiğinden de sonra yer alır.  DASH formatlı kayıt cihazlarında, güvenli çalma girdinin yaklaşık saniyenin onda bir kadar ardından gelir. Eşzamanlı kayıtlarda bu gecikmelerin üstesinden gelebilmek için yeni teknikler gereklidir.

83  Bir hata düzeltme sisteminin varlığı, ses kalitesinin limiti dahilinde teyp/başlık kalitesinden bağımsız olması demektir. Bir makinenin düzgünlüğünü anlamak için onu dinlemenin hiçbir anlamı yoktur çünkü bu hata oranının normal mi yoksa başarısızlık seviyesinde mi olduğunu yansıtmaz.  Bunu anlamanın en geçerli yolu hataların düzeltilme sıklığını ölçmek ve bu değerleri normal değerlerle karşılaştırmaktır. Profesyonel dijital ses sistemlerinde hata oranı göstergesi olmalıdır.

84 1.11 Kanal Kodlaması  Dijital bilgi depolayan bir çok kayıt cihazında, ortam tek bir dalga biçimi üreten bir parça bulundurur. Ses parçalarını oluşturan veri kelimeleri çok sayıda bitten meydana gelir, dolayısıyla da seri olarak, bir bit belli bir zamanda olacak şekilde, kaydedilmelidir.  CD gibi ortamlar ise sadece bir parçaya sahiptir ve tamamen tutulmuştur. Dijital Kompakt Kaset (Digital Compact Cassette-DCC) gibi diğer ortamlarda ise çok sayıda paralel parça bulunur.

85  Yüksek kayıt yoğunluklarında fiziksel kısıtlamalar paralel parçalar arsıda faz kaymalarına ya da zamanlama hatalarına neden olur. Bu nedenle her parça çalınan sinyalin zaman-tabanı düzeltilene kadar tutulu kalmalıdır.  Verileri seri olarak kaydetmek, vardiya kaydının seri çıktısını kafaya bağlamak kadar basit değildir. Dijital seste, ortak parça değerleri hep sıfırdır ve bu da sessizlik demektir.

86  Eğer bir vardiya kaydı hep sıfırlarla yüklenirse ve seri olarak kaydedilirse, çıktı sabit düşük bir seviyede kalır ve hiçbir şey kaydedilemez.  Çalma esnasında ne kaç tane sıfır bulunduğunu ne de ortamın hızını gösterebilecek bir şey vardır. Diğer bir deyişle, serileştirilmiş ham veri doğrudan kaydedilemez, bölümlerdeki bit değerlerinden bağımsız monte edilmiş bir saat içeren bir dalga formuna döndürülmelidir.  Yine çalma esnasında veri ayıracı adı verilen bir devre; monteli saatin kilitlenmesiyle, modeli tekil bitlerden oluşan dizilere ayırmak için kullanabilir.

87  Seri verileri kendinden saatli hale dönüştürme işlemine kanal kodlaması denir.  Kanal kodlaması aynı zamanda serileştirilmiş dalga formlarını tayfını daha verimli hale gelecek şekle de sokar. İyi bir kanal kodlamasıyla, belirli bir ortamda daha fazla veri depolanabilir.  Tayf şekillendirmesi CD’lerde verilerin odak ya da izleme servolarıyla karışmasını önlemek için; RDAT’da da kafaları silmeden kayda olanak sağlamak için kullanılır.

88  Kanal kodlaması aynı zamanda diğer hizmetlerle çakışmasını önlemek için tayf şekillendirmesi kullanıldığından dijital ses yayınlarında da gereklidir.  Kanal kodlamasının bütün teknikleri, detaylı olarak Bölüm 4’te anlatılmıştır.

89 1.12 Veri Azaltımı  İnsan duyma sistemi sadece fiziki organlardan değil aynı zamanda beyinde gerçekleşen olaylardan da oluşur. Kulaklarımıza gelen sesin her türlü ayrıntısını algılamayız. Sessel maskeleme, kulağımıza uygulanan tayftan sadece baskın frekansta olanlarının algılanmasına denir.  Veri indirgemesi de işitme mekanizmasını taklit ederek belirli bir sesin algılanacak miktarını indirgemede bu işlemden yararlanır. Bu işlemler Bölüm 3’te ayrıntılı olarak anlatılmıştır.

90  Veri azaltımı DAB gibi normal PCM’nin yayınlanmasında bant genişliğinin aşırı olduğu durumlarda gereklidir. Ayrıca DCC ve Mini Disk gibi tüketici cihazlarındaki ortamın tüketimini azaltmada da kullanılır.  PCM veri oranının dörtte bir ya da beşte bir oranında azaltılması yüksek kaliteli veri indirgeme sistemlerinde duyulmayacak kadardır çünkü üretilen ve orijinal dalga formları arasındaki hata verimli olarak maskelenebilmektedir.

91  Daha büyük sıkıştırma çarpanları kaçınılmaz olarak kaliteyi düşürecektir. Bu haberleşme sistemleri için kabul edilebilir olsa da kaliteli müzik üretiminde kesinlikle istenmemektedir.  Veri azaltma işleminin çıktısı yine ikilik veridir ancak artık normal PCM değildir dolayısıyla da bilinen bir PCM çıktısı sağlayan bir şifre çözücüden geçirilmeden normal bir DAC’ye gönderilemez. Çok sayıda tescilli veri azaltma birimi vardır ve bu birimlerin hepsini PCM’ye döndürmek için uygun bir şifre çözücü gerekmektedir.

92  Veri azaltma birimi ve şifre çözücünün birleşimine kodek (codec) denir. Bir kodeğin performansı DAB ya da tekli nesil kaydında kullanılacağından tek bir geçişte test edilir. Eğer kodekler farklı türlerdeyse, karıştırıldıklarında aynı performansı sağlamaları beklenmez.  Eğer ses üzerinde veri azaltımı kodeğine doğru bir eşitleme adımı uygulanırsa, hataların seviyesi maskeleme eşiğinin üstüne çıkabilir. Sonuç olarak veri indirgemesi orijinal malzemenin son üretimden önce kaydedilmesi için uygun bir yöntem olmayabilir.

93 1.13 Hard Disk Kaydedicileri  Hard disk kaydedicileri verileri yuvarlak plakalar üstünde depolar ve verilere kafayı çapsal olarak hareket ettirmek suretiyle ulaşır. Ancak kafa hareket ederken veri transferi yapamaz. Zaman sıkıştırması kullanarak, sabit disk sürücüleri belli bir miktar hafıza eklenerek ses kaydedicilerin içinde kullanılabilir.  Şekil 1.12 bu işlemin prensibini anlatmaktadır. Disk sürücünün anlık veri hızı dönüştürücüdeki örnekleme hızından uzaktır. Dolayısıyla da büyük bir zaman sıkıştırma çarpanı kullanılabilir. Disk sürücü, diskten bir veri bloğu okuyabilir ve ses dalga formunda belirdiği ölçüde zaman tabanı düzelticisinin içine yerleştirebilir.

94  Zaman tabanı düzelticisi hafızanın içinde ilerledikçe, disk sürücü başlıkları hafızada veri bitmeden başka bir parçaya hareket ettirmek için zaman bulmaktadır  Hafızada diğer bir blok için yeterli yer olduğunda, sürücü okumaya programlanmakta ve boşluğu doldurmaktadır. Ortamdaki veri aktarımı çoğunlukla süreksiz olsa da tampon bellek, DAC’ye doğru parçalanmamış bir zincir kurarak sürekli ses elde etmektedir.  Kayıt işlemi, hafızanın bir disk bloğu içeriğini elde edene kadar parçaları birleştirmesiyle mümkün olmaktadır. Bu daha sonra diske yüksek veri hızıyla aktarılmaktadır.

95 ŞEKİL 1.12 Şekil 1.12 : Bir sabit disk kaydedicide, yüksek sığalı bir hafıza dönüştürücülerle disk arasında bir tampon ya da zaman tabanı olarak kullanılmaktadır. Bu bellek, diskte kafanın parçalar arasında hareket etmesinden kaynaklanan kesilmeler olsa da dönüştürücülerin sabit olarak çalışmasına olanak sağlar.

96  Daha sonra sürücü kafayı hafızada bulunan sıradaki hazır bloğun önünde konumlandırabilir.  Hard disklerin avantajlarından biri de sese teypten daha hızlı ulaşabilmeleridir çünkü kafayı hareket ettirmek için geçen sürede veriler hazır durumdadır. Bölüm 7’de bunun düzenleme işlemini nasıl hızlandırdığı anlatılmaktadır.  Veri indirgemesi kullanılarak, bir diskin kayıt zamanı önemli ölçüde artırılmaktadır. Bu teknik bir kişisel bilgisayarı dijital ses kayıt cihazına dönüştüren tümleşik devre kartlarında kullanılmaktadır.

97 1.14 PCM Adaptörü  PCM adaptörü, yüksek yoğunluklu kayıt cihazları geliştirilmeden önce yüksek bant genişliği olan PCM sesi kaydetmek için geliştirilmiş bir çözümdür.  Video kaydedici, makul bir teyp kullanımı karşılığında yeterli bant genişliği sağlıyordu. Tanıtıldıkları zamanda birer devrim niteliği taşısalar da bugün PCM adaptörleri kullanışsız ve eskimeye yüz tutmuş cihazlardır.  Şekil 1.13 bu tekniği kullanan bir kayıt cihazında bulunması gereken parçaları göstermektedir. Analog ses, dijitale çevrilmekte ve zaman, boş kalmayan video dalga formlarına uydurulmak üzere sıkıştırılmaktadır. Zaman sıkıştırılmış parçalar, daha sonra gizleme sağlamak amacıyla tek-çift olarak karıştırılmaktadır.

98 ŞEKİL 1.13 Şekil 1.13 PCM Adaptörünün blok şeması. İki VCR arasında dijital kopya üretmek için dublaj bağlantısı gerektiğine dikkat ediniz.

99 ŞEKİL 1.14 Şekil 1.14 PCM-1016’dan gelen görüntünün tipik hattı. Kontrol biti, ön-vurgu anahtarı ayarını ya da çerçevedeki duruma bağlı olarak örnekleme hızını taşır. Bitler sadece eş darbelerdeki zamanlama bilgisine göre ayrılmıştır.

100  Daha sonra gereksizlik eklenir ve veriler kayıt için ara- ayırma işlemine tabi tutulur. Veriler serileştirilir ve video sinyalinin üstüne siyah ve beyaz tabakalar olarak Şekil 1.14’te olduğu gibi yerleştirilir. Video, kayıt cihazına gönderilir.  Burada bir FM modülatörü, siyah ve beyaz seviyeleri temsil eden iki frekans arasında değişmektedir ki bu sisteme frekans değiştirme anahtarlaması (frequence shift keying, FSK) denir. Bu geleneksel dijital kayıt cihazındaki kanal kodlayıcının yerine kullanılmaktadır.

101  Çalma esnasında video kayıt cihazının FM de- modülatörü, FSK kaydını tekrar siyah-beyaz video dalga şekline dönüştürür bu da PCM adaptörüne gönderilir.  PCM adaptörü, eş darbeleri kullanarak bir saat açar ve seri olarak kaydedilmiş bitleri ayırmak için bu saati kullanır. Hata düzeltme işlemi, hatalar çok büyük olmadıkça, geri ara ayırmadan sonra yapılır. Eğer hatalar çok büyükse, geri karıştırmadan sonra gizleme kullanılır.

102  Modeller daha sonra zaman tabanı açılması işlemiyle standart modelleme hızına döndürülür bu da kayıt cihazından kaynaklanan hız değişimlerinin yok edilmesini sağlar. Bunlar daha sonra tekrar analog hale dönüştürülebilir.  Çalmayı bir referansla senkronize etmek ve devreliği basitleştirmek için bütün parçalar bir hattın üzerine boşluksuz olarak yazılır. Ortak modelleme hızı olan 44.1 kHz, 245 hat üstüne her hatta üç parçayı 60 Hz’de kaydetmek suretiyle elde edilir.  Bu nedenle modelleme hızı, eş video frekanslarına kilitlenmiştir ve teybin PCM adaptörünce üretilen video kayıt sinyalleri göndererek doğru hızda hareket etmesi sağlanmıştır.

103 1.15 Bir Açık-Gerçel Dijital Kaydedici  Şekil 1.15, bu tip bir makinenin blok şemasını göstermektedir. Analog girdiler, dijital hale dönüştürücüler kullanılarak dönüştürülmektedir. Bilindiği gibi, kaydedilecek her ses kanalı için ayrı dönüştürücü gerekmektedir.  Analog bir makinenin aksine, her ses kanalı başına ayrı bir teyp parçasına ihtiyaç yoktur. Stereo makinelerde, iki kanal teyp hızını düşürmek ve çalma zamanını artırmak için belli sayıda parça üzerine dağıtılmıştır.

104  Dönüştürücüden gelen modellerler tek-çift olarak gizleme amacıyla ayrılacaktır ve genellikle bir model grubu kayıttan önce diğerine göre geciktirilecektir.  Bu sürekli model dizileri ;zaman sıkıştırması kullanılarak kayıttan önce bölünecektir. Zaman sıkıştırması veri dizisi içine boşluk, adres ve gereksizlik düzenleyicileri eklenmesine olanak sağlar.

105 ŞEKİL 1.15 Şekil 1.15 : Sabit başlıklı bir dijital ses kaydedicinin bir kanalının blok şeması. Her bir bloğun fonksiyonunun detayları için konu metnini okuyunuz. Bağlantının zaman bazlı doğrulayıcıdan işçi motoruna (capstan motoru) olduğuna dikkat ediniz,bu yüzen teyp TBC hafızasının ne altında ne de üstünde olan bir hızda çalınmaktadır.

106  Parçaları kayıttan önce yeniden sıralamak için bir ara- ayrıma işlemi de gereklidir. Yukarıda açıklandığı gibi, bu işlemi takip eden geri ara ayırma işlemi çalma esnasındaki taşma hatalarını önlemektedir.  Buraya kadar olan işlemlerin sonucu hala ham veridir ve bunlar ortama kaydedilmeden önce kanal kodlamasından geçmelidir. Çalma esnasında bir veri ayıracı kanal kodlamasını geri çevirir ve orijinal ham veriyi fazladan birkaç hatayla geri döndürür.

107  Geri ara ayırmadan sonra oluşan hataların boyutları küçülür,hatalar daha doğru ve kolay düzeltilebilir hale gelir. Geri ara ayırma için gerekli olan hafıza,zaman tabanının düzeltilmesi için gerekli olan hafızanın iki katı olabilir dolayısıyla teypteki hız değişimleri fark edilemeyebilir.  Düzeltme sisteminin gücünün ötesindeki tüm hatalar, tek-çift değişimi geri çevrildikten sonra gizlenecektir. DAC’deki dönüştürmenin ardından analog çıktı elde edilir.

108  Tekrar çalma esnasında, dijital bir kayıt cihazı bandı sabit bir hızda çalan analog bir kayıt cihazından farklı çalışır. Zıt olarak, dijital kayıt cihazı bandı sabit bir örnekleme hızıyla çalıştırır.  Zaman tabanı düzelticisi modelleri dönüştürücün dışına sabit bir frekansta çıkarmak suretiyle çıkarır. Bu referans frekans, kristal osilatörden gelen tipik frekanstır.

109  Bant çok hızlı döndüğünde, hafıza okunduğundan daha hızlı yazılır ve sonunda taşma olur. Öte yandan eğer teyp çok yavaş çalışırsa, hafızada veri kalmaz.  Bu problemlerden kurtulmak için teybin hızı hafızadaki veri miktarıyla kontrol edilir. Eğer hafıza doluyorsa, teyp yavaşlar; eğer hafızada veri kalmamaya başlarsa teyp hızlanır. Sonuç olarak teyp, doğru modelleme oranının elde edileceği hızda çalışır.

110 1.16 Döner Başlıklı Dijital Kayıt Cihazları  Döner başlıklı kayıt cihazı, video kayıt cihazlarındaki teknolojiyi ödünç almıştır. Döner başlıkların Bölüm 6’da anlatılan bir çok faydası vardır.  Bunlardan bir tanesi de yüksek seviyedeki paketleme yoğunluğu yani belli bir alana kaydedilebilen veri bitlerinin miktarıdır.  Dijital ses kayıt cihazlarında veri paketleme, belli büyüklükteki bir ortamda sahip olunabilen çalma zamanı demektir.

111  Döner başlıklı kayıt cihazlarında başlıklar dönen bir druma (davul yapısı) eklenmiştir ve Şekil 1.16’da gösterildiği gibi bant bu drumın etrafına sarılır.  Sarmal bant yolu, başlığın bant üzerinden köşegensel ve eğik olarak geçmesine neden olur. Modellerin arasında geçen süre sadece başlık tasarımına değil aynı zamanda bandın hızına da bağlıdır ve modern teyplerde bu boşluk paketleme yoğunluğundaki gelişmelere paralel olarak sıfıra indirilmiştir.

112  Döner başlıkların ve bunları kontrol etmek için gerekli olan daireselliğin eklediği karmaşıklık,yoğunluktaki artışla dengelenir. Bu teknikler Bölüm 6’da detaylı olarak anlatılmıştır.  Döner başlıklı kayıt cihazının süreksiz modelleri zaman-sıkıştırılmış veriyle doğal olarak uyumludur. Şekil 1.16’nın gösterdiği gibi, ses parçaları önce bloklar halinde sıkıştırılır ve her biri eğik bir parça içinde bulunabilir.

113  RDAT gibi makinelerde drumın zıt iki yanına yerleştirilmiş başlıklar bulunur. Drumın bir turu iki parça yaratır. Etkili gizleme tek sayılı parçaları bir tarafta,çift sayılı parçaları da diğer tarafta kaydetmek suretiyle elde edilebilir.  Döner başlıklı kayıt cihazı dijital kayıt cihazındaki aynı temel basamakları içerir. Kayıt tarafının;ADC’lere, zaman sıkıştırmasına hata düzeltilmesi için gereksizliğin eklenmesine ve kanal kodlamasına ihtiyacı vardır.

114 ŞEKİL 1.16 Şekil 1.16 : Döner başlıklı kayıt cihazında döner başlığın etrafındaki sarmal bant yolu, başlığın bant üstünde köşegensel ve eğik olarak geçmesine neden olur. Zaman sıkıştırması kaydedilen veriler arasında boşluklar yaratmak için kullanılır ki bu da parçalar değişirken ki boşluktur.

115 1.17 Dijital Kompakt Kaset  Dijital kompakt kaset (DCC) veri azaltımını kullanan son dijital ses kayıt cihazıdır. Makinenin iki ucundaki dönüştürücüler PCM verileriyle çalışsalar da bu veriler doğrudan kaydedilmez, işlenerek normal hızlarının dörtte birine düşürülürler.  Bu da döner başlıklı kayıt cihazında olduğu gibi uygun bir bant tüketimine neden olur.  Şekil 1.17’de gösterildiği gibi DCC bant aktarımında sabit başlıklar kullanır bu sayede analog kasetleri de çalabilir. Veriler, bandın yarı genişliğini kaplayan sekiz paralel yol boyunca dağılmıştır.

116  Bandın sonunda başlık döner ve kalan sekiz parçayı tersten çalar. Geleneksel yaklaşımın doğrusal yollarla uygulanmasının avantajı yüksek hızlı kopyalamanın sağlamasıdır.  DCC,kaydedilen düşük frekanslar nedeniyle bant üzerindeki akımı ölçen aktif başlıklar kullanır. Manyetik olarak yalıtkan başlıklar, iletken olanlardan daha karmaşıktır ve üretim teknikleri geliştikçe ekonomik hale gelmişlerdir. Bölüm 6’da, DCC detaylı olarak incelenmiştir.

117 ŞEKİL 1.17 Şekil 1.17 : DCC’ de ses ve yardımcı veriler (a)da gösterilen manyetik ses bandının iki tarafına dokuzarlı paralel sıralar halinde yazılırlar. (b)’de gösterilen çalma başlığı dokuzlu grupların biriyle kaydedilmiş manyetik kutuplar taşır. Manyetik ses bandı sonunda, çalma kafası 180  döner ve bandın öbür tarafında farklı dokuz parçayı çalar. Çalma başlığı aynı zamanda analog bir kaset çalınacağı zaman salınım yapan bir çift analog manyetik ses devresi içerir.

118 1.18 Dijital Ses Yayını  Dijital ses yayını, vericiyi analog dalga şekli yerine ses verileriyle ayarlayarak yapılır.  Analog FM, mütevazı bir antenin istenilen yöne doğrultulabildiği sabit alış alanları için iyi sonuç verir ancak bölge üzerinde kontrolün olmadığı ve geniş bir yönlü antenin bile işe yaramadığı durumlarda ciddi eksiklikleri vardır.

119  Yayının önündeki en büyük engel sinyalin yüksel binalar gibi yansıtıcı ortamlardan dolayı eko yaparak gecikmeli alındığı çoklu yol alımıdır.  Belli dalga boylarında yansıma direkt sinyale anti-faz olarak alınır ve iptal işlemi alınan tayfta bazı kesikler yaratır. Analog bir sistemde ise sinyal kaybı kaçınılmazdır.

120  DAB’da farklı dijital ses yayınları çok yollu kesiklerden daha geniş tek bir yayın haline getirilir. Farklı sinyallerden gelen veriler kanal içinde homojen olarak dağıtılırlar ve böylece kesik hepsini bir kanaldan yok etmek yerine her kanaldan bir parça yok eder.  Hatalı yerleri yeniden yaratacak,hata düzeltmesine izin verecek miktarda veri alınmıştır.

121  DAB alıcısı aslında bütün yayını alır ve istenen kanalı ayarlama işlemi,analoga dönüşüm için uygun kanalın seçimiyle yapılır. Bunun bir DAB alıcısının çalışmasını kolaylaştırması beklenir.  PCM sesten gelen veri hızı DAB için ekonomik olmasını engelleyecek kadar büyüktür. Verinin indirgemesi zorunludur. DAB için gerekli ayarlama teknikleri Bölüm 5’te anlatılmıştır.

122 1.19 Potansiyel  Dijital sesin sağladığı kalite inkar edilemez olsa da dijital sesin uzun vadedeki potansiyeli daha önemli olacaktır. Ses veri haline geldiğinde, bunu bilgisayar destekli ortamlarda depolanması ve/veya işlenmesi için sınırsız bir özgürlük doğmaktadır.  Analog teknolojinin kısıtlamaları ortadan kalkar ancak hala analog sistemin dijital uygulamalarını yaparak gereksiz kısıtlamalar eklenmektedir. Analog sistem teknolojinin belirlediği kısıtlamalar dahilinde çalışmak üzere geliştirilmiştir. Aynı sistemi alıp dijitalleştirerek bazı noktalar kaçırılmaktadır.

123  Kaçırılan bu noktalar için açık makaralı çeyrek inç dijital kayıt cihazı iyi bir örnektir. Yüksek yoğunluklu dijital kayıt için kullanılacak son şey açık makaralı teyptir çünkü kirlenmeye karşı korumasızdır.  Kaydedilen dalga boyları çok uzun süreler boyunca saklanmak zorundadır bu sebeple güvenilirliği çok azdır. Dolayısıyla bu makinelerin bant kullanımı düzgündür ve RDAT gibi daha verimli kaset teknolojilerinin daha düşük satın alma ve işletme maliyetlerinin olduğu ve boyutları ile ağırlığının da az olduğu kanıtlanmıştır.

124  RDAT makineleri düzenleme işi yapamıyorlardı bu yüzden açık makaralı sistemin ek yapılabilecek şekilde düzenlenmesiyle avantaj sağlamıştı. Ne yazık ki, sabit disk sistemlerinin düzenleme konusundaki hızları ve esneklikleri bu avantajı ortadan kaldırdı.  Kaçırılan fırsatın bir diğer problemi de geleneksel olarak profesyonel ses cihazları üreticilerinin bir üründe uzmanlaşmış olmaları ve kullanıcıların çeşitli markaların malzemelerini kullanarak sistemler oluşturabilmeleriydi.

125  Mixer üreticilerinin kayıt cihazları üzerine bir uzmanlığı yoktu. Teyp kaydedici üreticilerinin hard diskler hakkındaki bilgileri çok azdı.Bu yüzden dijital sesin elektronik olarak düzenlenmesindeki ilerlemenin yavaş oluşu küçük bir mucize olarak nitelendirilebilir.  Bütün bu gelişmelerezıt olarak, bilgisayar firmaları bir sistem bakış açısına sahip olmuşlar ve bir gereksinimi karşılamak üzere diskler, bantlar, RAM, işlemciler ve iletişim bağlantıları üretmişlerdir.

126  Ses,verinin farklı bir biçimi olduğundan, ses problemlerini çözmek için artık bu yaklaşım kullanılmaktadır.  Bazı diz üstü bilgisayarlarda kullanılmaya hazır durumda bir mikrofon ve ses dönüştürücüleri mevcuttur ve bunlar birer yazı makinesi işlevi de görmektedir.

127  İçinde yüksek kaliteli ses dönüştürücüleri, veri azaltma çipleri ve manyetik-optik disk barındıran bir kişisel bilgisayar düşünün Kayıt seviyeleri ve zamanlayıcı ekran üstünde gösterilir ve tuşlar, sanal kaydedicideki kayıt geri alma vb. düğmelerinin yerini alır.  Kayıtlar, doğruluğu sağlamak amacıyla disk üzerinde düzenlenebilir ve giriş-çıkış noktalarının dalga şekilleri ekran üzerinde gösterilebilir.

128  Bir kere düzenlendiğinde, ses telefon kablosu ya da ISDN yardımıyla dünya üzerindeki her hangi bir yere gönderilebilir. PC, gönderilecek noktayı belli bir saatte aramak üzere programlanabilir.  Sesle birlikte bazı metin dosyaları ve CCD kameradan alınmış görüntüler de gönderilebilir. Böyle bir alet ticari olarak bulunmaktadır ve taşınabilmektedir.

129  Dijital teknoloji olmadan böyle bir cihazın varlığı düşünülemezdi.Böyle cihazların pazarını, ses üzerine uzmanlaşmış olanların dışında, dijital geçmişi olan firmalar elinde bulundurabilir.  Bilgisayar, hesap makinesi ve diğer elektronik eşya üreticileri,potansiyel dijital teknikler hakkında daha geniş bir vizyona sahiptirler.

130  Profesyonel bir makine, kulaklık soketleri yerine XLR’lar ve PPM seviye göstergeleriyle zenginleştirilmiş daha kuvvetli bir kutu içeriği olan bir amatör makine olabilir. Belki de geleneksel ses sistemi üreticileri için gelecekte piyasada çok az yer olacaktır.  Dijital, aynı zamanda profesyonel ve amatör malzemeler arasındaki farkın da yavaş yavaş kaybolmasına yol açmıştır. Geleneksel analog ses dünyasında, profesyonel ekipman daha kaliteli ses verir ancak amatör malzemeye göre çok pahalıdır.

131  Dijital teknolojinin ortaya çıkmasıyla, ses kalitesini belirleyen dönüştürücülerdir. Bir kere dönüştürüldükten sonra ses artık veridir. Eğer bir bit sadece sıfır ya da bir sayısı taşıyabiliyorsa, amatör mü profesyonel mi olduğunu nasıl bilinebilir? Profesyonel disk sürücü nedir?  Dijital bir ürünün maliyeti sadece karmaşıklığına değil aynı zamanda satış hacmine de bağlı bir fonksiyondur. Profesyonel malzemeler ses pazarı için tasarlanmış çipler ya da aktarımlar kullanmaya zorlanabilir çünkü bir alternatif tasarlamanın maliyeti sınırlayıcıdır.

132 BÖLÜM 2 DÖNÜŞTÜRME BÖLÜM 2 DÖNÜŞTÜRME

133  Dijital sesin kalitesi depolama ve yayın ortamından bağımsızdır ve analog ve dijital ses kalitesi halen yapılan dönüşümün doğruluğuna bağlıdır.  Bu bölüm dijital sesin kritik yaklaşımının teorisini ve uygulamasını incelemektedir.

134 2.1 Neleri Duyabiliriz?  İnsanlardaki işitme sisteminin keskinliği şaşırtıcıdır. Küçük bozulmaları fark edebilen devasa bir dinamik sınırı vardır. Kalite için tek kriter şudur: eğer kulak, uygun olarak yapılan testlerde sorunları algılayamazsa, üretilen ses mükemmeldir denir.  Yani kalite tamamen özneldir ve sadece dinleme testleriyle ölçülebilir. Bununla birlikte, duyulabilen bir sinyalin herhangi bir özelliği uygun bir enstrümanla da ölçülebilir.  Öznel testler bize enstrümanın ne kadar duyarlı olması gerektiğini gösterir. Fielder1 dönüştürücü tasarımının psiko-akustiğe dayanması gerektiğini açıkça belirtmiştir.

135  Duyma dediğimiz his, akustik, sinir ve zihinsel işlemlerden ve kulak beyin birleşiminden meydana gelir ki buna psiko-akustik denir. Burada sadece konuya bir parça değinmek mümkündür.  Daha fazla bilgi veri azaltımına referans olarak Bölüm 3’te verilmektedir ve ilgilenen okuyucular, tam bir inceleme için Moore2’dan faydalanabilirler.  Genellikle insanların kulakları 2 kHz ile 5 kHz arasında en hassas durumdadır.

136  Bazı insanlar yüksek seviyedeki 20 kHz sesi duyabilseler de bir çok insanın üst frekans limiti olarak 20 kHz ya da 16 kHz’i duyamadıkları yönünde bir çok kayıt vardır.  Son çalışmalar 20 kHz’in altındaki seslerin gerçekliği ve ambiyansı geliştirdiğini ortaya koymuştur.  Kulağın dinamik sınırı logaritmik olarak elde edilir ve kesinlikle 100 dB’yi aşmaktadır.

137  Yüksek kaliteli ses için dijital teknikler kullanılmadan önce, dijitalleşmenin tam olarak anlaşıldığı düşünülüyordu ancak ilk dijital makinelerin uğrattığı hayal kırıklığı böyle olmadığını gösterdi.  Kulak, enstrümantal uygulamalarda fark edilemeyebilecek hataların farkına varmaktadır.  Rasgele nicelemelerden kaynaklanan bozulmaların kabul edilemeyecek düzeyde olduğu anlaşılmıştır.

138 2.2 Analog Sesin İçerik Bilgisi  Her türlü analog ses, kullanışlı bir bant genişliği ve gürültü sinyali oranı verildiğinde tanımlanabilir.  Eğer daha geniş bant genişliği ve daha büyük gürültü sinyali oranı olan iyi tasarlanmış bir dijital kanal böyle bir kaynakla seri bağlanırsa sadece seviyeleri doğru ayarlamak yeterlidir ; analog sinyal artık hiçbir türlü bilgi kaybına maruz kalmayacaktır.

139  Dijital kesme seviyesi en yüksek analog sinyalden daha yüksektir, dijital gürültü tabanı doğal gürültünün altındadır ve dijital kanalın yüksek ve alçak frekans tepkisi analog sinyaldeki frekansların ötesindedir.  Dijital kanal analog kanalın gerektirdiğinden daha “geniş bir pencere”dir ve bu sinyalle avantajları belirlenemez.

140  Geniş pencere etkileri, analog ana bantlardan yapılan CD’lerde daha çok belli olur. CD çalar, sürekli olarak bant sürtünmesi sesine benzer bir ses çıkarır, eksikliklere ve analog bandın sıkışmasına neden olur ;bu da tüm CD üretim sistemlerini göreceli görünmez yapar.  Öte yandan, eğer dijital sistemden daha geniş bir penceresi olan bir analog sistem bulunursa, dijital sistem bant genişliğindeki veya dinamik sınırdaki azalmaya bağlı olarak ortaya çıkar.

141  Bir dijital sistem boyunca taşınan ses, bir bit dizisi şeklinde ilerler. Bitler sessiz olduğundan, saniyedeki sayısını sayarak akışın ölçülmesi mümkün olur. Analog bir sinyalin (örneğin mikrofon) taşıdığı bilgi miktarını ölçmek daha zordur.  Ancak eğer bu aynı birimler kullanılarak yapılsaydı, bilgi kaybetmeden sinyal aktarımına izin verecek bit oranını bulmak mümkün olabilirdi ki bu da pencereyi yeteri kadar geniş yapmak demektir.

142 ŞEKİL 2.1 Şekil 2.1 : Bir sinyaldeki 8 farklı seviyeyi belirsiz bir şekilde almak için sinyalden sinyale olan ses, seviyelerdeki farktan az olmalıdır. Sekiz seviyeyi taşıyabilmek için sinyal-gürültü oranı en az 8:1 ya da 18 dB olmalıdır. bu aynı zamanda 3 bitle de taşınabilir. 16 seviye için, SNR 24 dB olmalıdır ve 4 bitle taşınabilir.

143  Eğer bir sinyal hiçbir bilgi kaybı olmandan taşınıyorsa ve istenmeyen bir ses ortaya çıkmıyorsa, mükemmel olarak aktarılmış demektir.  Analog sinyallerle bilgi kapasitesi arasındaki bağlantı Shannon tarafından yapılmıştır ve bu konu için önemli olan parçalar burada tekrarlanmıştır. Prensipler açıktır ve dijitalleşmeyi de içeren farklı dönüştürme metotlarının performansları ve potansiyelleri için farklı bir bakış açısı önermektedir.

144  Şekil 2.1, gerçek ses sinyallerinde olduğu gibi, üstüne belli bir miktar gürültü eklenmiş analog bir sinyali göstermektedir.  Gürültü, istenen sinyalle ilişkisi olmayan rasgele eklenmiş sinyal olarak tanımlanmıştır. Gürültü rasgeledir, dolayısıyla istenen sinyalin gerçek voltajı belirsizdir: gürültü büyüklüğü sınırı içinde her hangi bir yerde olabilir. Örneğin,sinyal büyüklüğü gürültü büyüklüğünün 16 katıysa, 16 farklı sinyal seviyesini belirsiz olarak taşımak mümkün olacaktır çünkü seviyeler, bir diğerine benzemeyecek kadar farklı olmalıdır.

145  16 sinyali, dört veri bitinin tüm kombinasyonları şeklinde taşımak mümkündür dolayısıyla analog ve ölçülmüş alanlar arasındaki bağlantı sağlanmıştır.  Örnekleme hızının seçimi (değişen bir sinyaldeki bilgiyi taşımak için gerekli sinyal voltajının görüldüğü oran) her sistem için önemlidir; eğer çok düşükse sinyal azaltılacaktır ve eğer çok yüksekse kaydedilmesi gereken parça sayısı gereksiz bir şekilde artacaktır bu da sistemin maliyetine yansıyacaktır.  Sinyal voltajını açıklamak için gerekli bit sayısını işlemin güncellenmesi gereken oranla çarpılırsa belirli bir analog sinyalden meydana gelen dijital veri dizisinin bit oranı bulunabilir.

146 2.3 Dönüştürmeye Giriş  Bir dönüştürücünün girdisi olan zaman ve voltaj,sürekli bir dalga şeklidir ve zaman ve voltaj bu dalga şekline örnekleme ve ölçme işlemleri birlikte uygulanarak tekil biçime dönüştürülür.  Bu işlemler birbirinden tamamen bağımsızdır ve istenen sırada uygulanabilir ve ayrı ayrı incelenebilir. Şekil 2.2 (a), ölçücüden önce gelen bir analog örnekleyiciyi; (b) ise dijital bir örnekleyiciden önce gelen senkronize olmayan bir ölçücüyü göstermektedir.  İdeal koşullarda, ikisi de aynı sonucu verir; pratikte her birinin farklı avantajları vardır ve farklı hatalara yol açarlar. Gerçek malzemelerde iki yaklaşım da bulunmaktadır.

147 2.4 Örnekleme ve Aliasing  Ses örneklemesi düzenli olmalıdır çünkü analoga çevirmeden önceki zaman tabanı düzeltmesi işlemi Bölüm 1’de gösterildiği gibi düzenli bir orijinal işlem kabul eder.  Örnekleme işlemi Şekil 2.3 (a)’daki gibi sabit büyüklük ve periyotlu vuruş grubuyla başlar. Ses dalga şekli büyüklüğü AM radyo yayıncısında taşıyıcının dönüştürüldüğü gibi vuruş grubunu dönüştürür.  Vuruş grubunun (b)’de gösterildiği gibi fazla dönüştürülmemesine dikkat edilmelidir ve bu analog dalga formuna bir DC dengesi uygulanarak olur ve böylece sessizlik (c)’deki vuruşların yarım ölçü üstündeki seviyeye karşılık gelir. Aşırı girdi seviyesine bağlı kısaltmalar böylece simetrik olacaktır.

148 ŞEKİL 2.2: Şekil 2.2 Örnekleme ve ölçme ortogonal olduğundan, hangi sırada uygulandıkları önemli değildir. (a)’da önce örnekleme yapılmıştır ve örnek ölçülmüştür. Bu işlem ses dönüştürücülerinde yaygındır. (b)’de analog girdi ölçülerek senkronize olmayan ikilik bir koda çevrilmiştir. Örnekleme, bu kod örnekleme saati ilerledikçe yer alır. Bu yaklaşım, video dönüştürücülerinde yaygındır.

149  Taşıyıcı artık bir vurgu grubu olsa da örneklemede,AM radyonun taşıyıcının üstünde veya altında yan bantlar veya görüntüler ürettiği şekilde, yan bantlar üretir ve Şekil 2.4 (a)’da gösterildiği gibi sonsuz harmonik dizilere sahiptir. Yan bantlar, (b)’de gösterildiği gibi örnekleme hızının her harmoniğinin üstünde ve altında tekrar eder.  Örneklenen sinyal, bir alçak-geçiş filtresinden geçirilerek tekrar sürekli zaman alanına döndürülebilir. Bu filtrenin görüntünün geçmesini önleyen frekans tepkisi vardır ve sadece tamamen aynı olan taban bant sinyali oluşur. Eğer frekans alanında düşünülürse, bu filtreye anti-görüntü ya da yeniden kurma filtresi denir.

150 ŞEKİL 2.3 Şekil 2.3 : Örnekleme yöntemi (a) da gösterildiği gibi sabit genişlikte bir ileti modeline ihtiyaç duyar.Bu genişlik örneklenecek dalga formu tarafından ayarlanır. Eğer giren dalga formu ölçüsüz genişliğe sahip veya doğru olmayan bir seviyede ise ileti modeli (b) de gösterildiği gibi kırpılır. Bir ses dalga formu için,ileti genişliğinin yarısına ait bir ofset dalga formunun merkezlenmesi için kullanıldığında en büyük sinyal seviyesine ulaşmak mümkün olur.

151 ŞEKİL 2.4 Şekil 2.4 : (a) Örneklenen iletilerin spektrumu. (b) Örneklerin spektrumu. (c)Üst üste binen yan bantlara göre aliasing. (d) Vurgu frekansı üretimi. (d) 4X üstün modelleme

152 ŞEKİL 2.5 Şekil 2.5 : (a)’da, orijinal sinyali yeniden üretimi için örneklemenin uygun olduğu görülüyor. (b)’de örnekleme hızı uygun değil ve yeniden kurma yanlış dalga formu yaratıyor (kesikli). Aliasing kullanılır.

153  Eğer kullanılan örnekleme hızı için aşırı bir bant genişliği olan bir girdi sağlanırsa, yan bantlar üst üste gelecektir (Şekil 2.4 (c)) ve sonuç belli çıktı frekanslarının girdi frekanslarıyla aynı olmak yerine birbirlerinden farkı olduğu aliasingdir (Şekil 2.4 (d)).  Şekil 2.4’te görülebileceği üzere, girdi frekansının örnekleme hızının yarısı veya daha azı olduğu durumlarda aliasing gerçekleşmez bu da örneklemenin en temel kuralını yaratır ki bu kural örnekleme hızının en yüksek girdi frekansının en az iki katı olması gerektiğini belirtir.

154  Örnekleme teorisi genellikle, bu teoriyi Rusya’daki Kotelnikov’la yaklaşık aynı zamanda bilgi teorisine uygulayan Shannon7’la birlikte anılır. Bu çalışmalar daha önce Whittaker tarafından ortaya konmuştur. Buna rağmen çoğunlukla Nyquist Teoremi olarak anılır.  Aliasing, frekans alanında tanımlandığı gibi zaman alanında da aynı şekilde tanımlanabilir. Şekil 2.5 (a)’daki örnekleme hızı dalga formunu tanımlamak için tam anlamıyla uygundur ancak (b)’de bu oran uygun değildir ve aliasing ortaya çıkmıştır.  Pratikte, her örnekleme aşamasında örnekleme hızının yarısı büyüklüğündeki frekansları önlemek için girdide alçak geçiş ya da anti-aliasing filtrelerin olması gereklidir.

155 2.5 Yeniden Yapılandırma  Örnekleme hızının yarısı kadar dikey bir kesim eğimi olan ideal anti-aliasing ve anti-görüntü filtreleri düşünüldüğünde, Şekil 2.6 (a)’da gösterilen ideal tayf elde edilir.  Faz-doğrusal ideal alçak geçiş filtresinin darbe tepkisi zaman alanında sin x/x dalga şeklidir ve Şekil 2.6 (b)’de gösterilmiştir. Böyle bir dalga şekli periyodik olarak sıfır volttan geçer. Filtrenin kesme frekansı örnekleme hızının yarısı olduğunda darbe sıfırdan, diğer modellerin alanından geçer.

156  Şekil 2.6 (c)’den de görülebileceği gibi böyle bir filtrenin çıktısında, bir modelin merkezindeki voltaj, o anda diğer değerlerin hepsinin sıfır olması nedeniyle sadece o modele bağlıdır. Diğer bir deyişle, sürekli zaman çıktısı olan dalga formu girdi modellerin üstüne gelmelidir.  Model aralıklarında, filtrenin çıktısı diğer darbelerin toplamıdır ve dalga formu diğer modellerin üstüne düzgünce eklenir. Bu orijinal anti-aliasing filtrenin bant kısıtlayıcı etkisidir; şöyle ki filtre edilmiş analog dalga model noktaları arasında sadece bir yönde hareket edebilir.

157 ŞEKİL 2.6: Şekil 2.6 : Eğer ideal “tuğla duvar” filtreleri olduğu kabul edilirse (a)’daki etkili tayf ortaya çıkar. İdeal bir alçak geçiş filtresinin darbe tepkisi (b)’de gösterilmiştir. Darbe, örnekleme periyoduna eşit periyotlarla sıfırdan geçer. (c)’deki gibi örnekleme hızında vuruş grubuna bağlandığında, her model aralığındaki voltaj, diğer bütün değerler sıfır olduğundan yalnız o modele bağlıdır.

158  Yeniden yapılandırma filtresinin de frekans tepkisi aynı olduğundan yeniden yapılandırılmış dalga formunun çıktısı da örneklemeden önceki orijinal bant sınırlı dalga şekline özdeş olmalıdır. Bunu örneklemenin duyulabilir olmasının gerekmemesi izler. Yeniden yapılandırmanın detaylı bir matematiksel ispatı Betts’de bulunabilir.  Dikey “tuğla duvar” kesme eğimli ideal filtrenin uygulanması zordur. Eğim dikeye döndükçe, filtreden kaynaklanan gecikme sonsuza gider; kalite inanılmazdır ama bu kalitedeki sesi duymak için bu zorlukları aşmak gereksizdir. Pratikte, Şekil 2.7’de gösterildiği gibi sonlu bir eğimi olan bir filtre kabul edilmelidir. Kesim eğimi,istenen bandın kenarında başlar ve sonuçta aliasing ürünlerini kabul edilebilir alçak bir seviyeye çekmek için örnekleme hızı biraz yükseltilmelidir.

159 ŞEKİL 2.7: Şekil 2.7 : Pratik sistemlerde ihtiyaç duyulan sonlu eğimli filtrelerde olduğu gibi, örnekleme hızı gerektiğinden fazlasına,baz bandındaki en yüksek frekansın iki katından biraz fazlasına, çıkarılır.

160 2.6 Filtre Tasarımı  Şimdiye kadar hep mükemmel anti-aliasing ve yeniden yapılandırma filtrelerinin kullanıldığı kabul edilmiştir. Aslında mükemmel filtreler kullanılabilir değildir çünkü tasarımcılar sonlu eğimli aletler kullanmak zorundadırlar dolayısıyla tasarımlarda hala aliasing görülmektedir.  Anti-aliasing filtreleri özellikle de gerekli olan durma bandının (stopband) reddedilmesinin miktarını belirlemek zordur. Sonuçlanan aliasing miktarı diğer etkilerin yanı sıra girdi sinyalindeki bant dışı enerjinin miktarına bağlıdır.

161  Duyulabilir sınırın dışındaki kaynak maddelerinin enerjisi hakkında çok az şey bilinmektedir. Dahası, bant dışı bir sinyal anti-aliasing filtrenin frekans tepkisine bağlı olarak zayıflatılacaktır ancak kalan sinyal alias edilecek ve yeni kurma filtresi bu sinyali alias edildiği yeni frekanstaki zayıflığından dolayı reddedecektir.  Yeniden yapılandırma filtresinin, bütün seslerinin insanın duyma sınırının dışında olduğundan gereksiz olduğu tartışılabilir.

162  Bununla birlikte, sonraki adımlarda doğrusallıkta ortaya çıkan bir sorun, büyük ara dönüşümsel bozulmalara neden olabilir. Bir çok transistörlü ses amfisi, ses bandının ötesindeki sinyalleri aldıklarında doğrusallıktan uzaklaşmışlardır.  Amfilerin, güçlü radyo yayınlarını geri dönüştürmesini sağlayan da bu doğrusallığa sahip olmamalarıdır. Tweeterlarda oluşabilecek olası hasar ve analog teyp kayıt cihazlarının meyilli sistemlerinin temposu da göz önüne alınmalıdır. Sonuç olarak, bir yeniden yapılandırma filtresi pratik bir gereksinimdir.

163  Dijital alana doğru olan her sinyal hem anti-aliasing filtreden hem de yeni kurma filtreden geçer. Duyulabilir hatalardan, özellikle duyulabilir olabilmeleri nedeniyle faz doğrusallığı eksikliğinden kaynaklanan hatalardan, sakınmak için bu filtreler dikkatli bir şekilde tasarlanmalıdır.Kullanılan filtrelerin yapısının sistemin nesnel kalitesine büyük etkisi vardır.  Şekil 2.8 ve Şekil 2.9 genel eliptik alçak geçiş filtreyi tanımlamak için kullanılan terminolojiyi göstermektedir. Bu filtreler benzerlerine oranla daha az bileşene sahip oldukları için popülerdirler. Geçiş ve duruş bantlarında dalgalanmalar olması bu eliptik filtrelerin karakteristik özelliğidir.

164 ŞEKİL 2.8: Şekil 2.8 : Anti-aliasing ve yeniden yapılandırma için kullanılan alçak geçiş filtrelerin özellikleri ve terminolojisi.

165  Lagadec ve Stockham12 geçiş bandı dalgalı filtrelerin yığılmaya neden olduğunu bulmuşlardır: çıktı sinyali zamanla birikir ve vuruşlu sinyallerde ön-ekolar belirlenebilir.  Çoğu ekipmanda anti-aliasing ve yeniden yapılandırma filtreleri aynı özelliklere sahiptir, böylece geçiş bandı dalgası yığılmadaki artışa paralel olarak iki katına çıkar. Bazen etkiyi azaltmak için küçük farklılıkları olan filtreler kullanılır.

166  Az bozulmalı analog bir filtre üretmek zordur. Endüktör kullanan pasif filtreler çekirdeklerin B/H eğrilerine bağlı olarak yüksek seviyelerde doğrusalsızlıktan yakınmaktadırlar.  Aktif filtreler op-amp teknikleri kullanarak doğrusal olan endüktörleri taklit edebilirler ancak bunlar da düşen açık dönüştürme kazancının geri beslemeyi azaltması sebebiyle yüksek seviyelerde doğrusalsızlıktan zarar görme eğilimindedirler.

167  Aktif filtreler aynı zamanda gürültüye neden olabilir ancak kontrol edilebilen miktarlarda olduğunda bu kötü bir özellik değildir çünkü titreşim kaynağı olarak çalışabilmektedirler.  Tiz bir kesime benzer frekanslarda,kesen,bir çok filtre kesitinin birleşmesiyle oluşturulduğundan, bu kesitlerin faz tepkileri birikecektir. Faz belki birkaç kHz’de doğrusallıktan uzaklaşmaya başlayacak ve kesme frekansında bir çok evreden geçmiş olacaktır.  Belirtildiği gibi, bu faz hataları duyulabilirdir ve faz eşitlemesi gereklidir. Doğrusal faz filtrelerinin bir avantajı da çalmanın minimize edilmiş olması ve geçişlerde daha az kesme olması olasılığıdır.

168  Dalgalanmasız,faz doğrusal bir filtreyi istenen durma bandı reddedilmesiyle ihmal etmek mümkündür13,14 ancak bu işlem tasarım çabası ve bileşen karmaşıklığı açısından pahalıdır ve bileşenlerin kullanım süresine bağlı olarak özelliğini yitirebilir. Para, böyle bir filtreye ihtiyaç bırakmamak için harcandığında daha iyi olur.  Üstün modelleme kullanarak analog filtre tasarımını kolaylaştırılabilir. Üstün modelleme kesin olarak modelleme teorisinde belirtildiğinden daha yüksek modelleme hızı kullanmamalıdır.

169  Geniş anlamda, “üstün modelleme dönüştürücüsü” yüksek modelleme hızı ve diğer bazı tekniklerin bir kombinasyonu demektir. Üstün modelleme bu bölümün ilerleyen kısımlarında daha detaylı olarak incelenmiştir.  Ses üstünlükleri ve ekonomik oluşları üstün modelleme dönüştürücülerinin evrensel olmalarını sağlamıştır. Burada üstün modellemenin incelenmesi filtre tasarımından daha belirgindir.

170 ŞEKİL 2.9: Şekil 2.9 : (a)’da tipik bir 9 kutuplu eliptik pasif filtre, frekans tepkisi (b)’de; (c)‘de kesme bölgesinde büyütülmüş. (d)’deki faz tepkisinin sadece 1 kHz’de değişmeye başladığına ve kalite uygulamaları için gereken (e)’deki grup gecikmesine dikkat edin. Bant dışı sinyallerin varlığında aliasing sadece 60 dB düşük olmaktadır. 13 kutuplu bir filtre 80dB’den daha fazlasında çalışabilir ancak faz tepkisi daha kötüdür.

171 2.7 Modelleme Hızının Seçimi  Modelleme teorisi, sonrasında doğru bir modelleme hızına varılması gereken işlemler bütününün sadece başlangıcıdır. Üretilebilir filtrelerin sonlu eğimi tasarımcıların modelleme hızını artırmasını gerektirecektedir.  Tüketici ürünleri için, daha düşük modelleme hızı daha iyidir çünkü ortamın maliyeti modelleme hızı ile doğru orantılıdır dolayısıyla iki kere 20 kHz yakınındaki modelleme oranları beklenir. Profesyonel ürünlerde, saha düzeltmesi için değişken hızlarda çalışmak gereklidir.

172 ŞEKİL 2.10 Şekil 2.10 : Normal hızda, yeniden yapılandırma filtresi görüntülerin baz bandına girmesini engeller, (a). Hız azaltıldığında, modelleme hızı düşer ve sabit filtre alçak yan bandın bir kısmının geçmesine izin verir. Eğer makinenin modelleme hızı yükselir fakat filtre karakteristiği aynı kalırsa problem önlenebilir (c).

173  Dijital kayıt cihazının hızı azaltıldığında teyp dışı modelleme hızı düşer ve Şekil 2.10’daki gösterildiği gibi minimal bir modelleme hızı ile ilk görüntü frekansı yeni kurma filtresinden geçecek kadar düşük olabilir. Eğer modelleme frekansı, filtrelerin tepkisi değiştirilmeden yükseltilirse bu problem oluşmadan hız düşürülebilir.  Dijital sesin ilk dönemlerinde, video kayıt cihazları ses parçalarını siyah beyaz tabakalar gibi ikili olarak taşıyabilen ön-video dalga formu halinde saklamak üzere uyarlanmışlardı.

174  Böyle bir sistemin örnekleme hızı kullanılan televizyon yapısının alan oranı ve alan yapısı ile sınırlanmıştı öyle ki alandaki kullanılabilir her televizyon hattında istenilen sayıda parça tam sayı olmak üzere saklanabiliyordu.  Böyle bir kayıt siyah-beyaz kayıt cihazıyla yapılabilirdi ve bu kayıtların iki standardı vardı: 60 Hz’de 525 kanal ya da 500 Hz’de 625 kanal. Dolayısıyla ikisinin ortak çarpanı olan ve aynı zamanda örnekleme hızı olarak da kullanılabilecek bir frekans bulmak mümkündür.

175  Ön video sisteminde kullanılabilir örnekleme hızı, alan oranı, alandaki aktif hatların sayısı (boşaltılmış olanlar hariç) ve bir hattaki modellerin sayısı çarpılarak bulunabilir. Parametrelerin dikkatli seçilmesiyle 525/60 veya 625/50 video; örnekleme hızı olarak da 44.1 kHz kullanılabilir.  60 Hz videoda, 35 boşaltılmış hat vardır, her kare için 490 hat kalır ya da örnek alanı başına 245 hat düşer.

176  Eğer her hatta üç örnek depolanırsa, örnekleme hızı: 60 x 245 x 3 = 44.1 kHz olur. 60 x 245 x 3 = 44.1 kHz olur. 50 Hz videoda, 37 boşaltılmış hat vardır, kare başına 588 aktif hat düşer ya da her alan için 294 hat kalır. 50 Hz videoda, 37 boşaltılmış hat vardır, kare başına 588 aktif hat düşer ya da her alan için 294 hat kalır.  Aynı şekilde örnekleme hızı: 50 x 294 x 3 = 44.1 kHz olur.

177  44.1 kHz, CD’lerdeki örnekleme hızıdır. Bir CD’de video dolaşımı olmasa da CD okuyucuları yapmak için kullanılan malzeme görüntü bazlıdır ve örnekleme hızını belirler.  FM stereo yayın vericilerine giden 15 kHz ses bant genişliği olan toprak hatları için 32 kHz örnekleme hızı uygun olandan fazladır ve Birleşik Krallık ve Japonya’da belli bir süre kullanılmıştır.  Ayrıca bu frekans NICAM 728 stereo TV ses sisteminde ve DAB’ de de kullanılmaktadır. Aynı zamanda Sony NT formatlı mini-kasette kullanılır. Profesyonel örnekleme hızı olarak 32 kHz’le ilişkisinden ve değişken hızlı işlemler için 40 kHz’den uzak olmasından dolayı 48 kHz önerilmiştir.

178  Mükemmel koşullara sahip bir dünyada bir tek örnekleme hızı kabul etmenin üstünlükleri olsa da pratikte ve ekonomik nedenlerden dolayı dijital ses üç hızı desteklemelidir.  Yayın için 32 kHz, CD ve üstü ekipmanlar için (CD yazıcı vs.) 44.1 kHz ve profesyonel kullanım için 48 kHz15.  Aslında, 48 kHz’in kullanımı anlatıldığı kadar yaygın değildir. CD’nin başarısı göstermiştir ki CD’ye uyması açısından bir çok ekipman 44.1 kHz’de çalıştırılmaktadır. Örnekleme hızını izleyebilen dijital filtrelerin gelişiyle, artık seviye değişikliği için daha yüksek örnekleme hızı gerekli değildir.

179  48 kHz ilk olarak televizyonda kullanılmıştır çünkü iki hat standardıyla da görecelilik kolayca senkronize edilebiliyordu.  Şu anki DVTR biçimleri sadece 48 kHz ses örneklemesi sunmaktadırlar. Bazı biçimler, bir örnekleme hızından farklı hızlarda da kullanılabilmektedir. RDAT ve DASH biçimleri üç hız için de tanımlıdır, ancak bütün donanım uygulamaları bunu desteklememektedir. Çoğu sabit disk kaydedicileri belli hızlar arasında çalışmaktadır.

180 2.8 Modelleme-Saat Jitteri  Şekil 2.11 modelleme saat jitterinin eğimli dalga formu üstündeki etkisini göstermektedir. Modeller yanlış zamanlarda alınmıştır. Bu modeller bir sistemden geçtiklerinde, DAC’den önceki bir zaman tabanı düzeltmesi karasızlığı (jitteri) yok edecektir, sonuç (b)’de gösterilmiştir.  İstenmeyen sinyalin büyüklüğü, ses dalga formunun eğimiyle orantılıdır ve oktav başına 6 dB’lik düşüşler kabul edilebilir olarak nitelendirilmektedir.  Sistemin çözünürlüğü daha uzun kelime uzunlukları kullanılarak artırıldığında, jitter toleransı da o derece azalmaktadır. İstenmeyen sinyallerin yapısı, jitterin tayfına bağlıdır.

181 ŞEKİL 2.11

182  Şekil 2.11 : Modelleme zamanlama kararsızlığının gürültü üzerindeki etkisi,ve 16 bitlik bir sistem için gereken kesinlik. (a) Jitterle modellenmiş rampa eğimle orantılı hataya sahip. (b) Jitter sonraki döngüler tarafından kaldırıldığında,hata modellere eklenmiş gürültü olarak görünür.  16 bitlik bir sistem için olur ve 20kHZ’deki maksimum eğim saniyede olacaktır. Eğer jitter ihmal eğim saniyede olacaktır. Eğer jitter ihmal edilirse,gürültü olmalıdır;böylece zamanlama kesinliği edilirse,gürültü olmalıdır;böylece zamanlama kesinliği nün maksimum eğimle çarpımı veya nün maksimum eğimle çarpımı veya

183 ŞEKİL 2.12: Şekil 2.12 : Modelleme saat jitterinin farklı frekanslarda sinyalden gürültü oranına doğru olan etkisi, farklı çözünürlüklerdeki teorik ses tabanlarıyla karşılaştırılmış haliyle gösterilmiştir.

184  Eğer jitter rasgeleyse, etki,gürültü benzeridir ve genişlik aşırı olmadığı sürece nispeten daha iyi huyludur. Şekil 2.12 farklı miktarlardaki rasgele jitterin değişik kelime uzunluklarındaki gürültü tabanlarına bağlı olarak etkilerini göstermektedir.  Dikkat edilmelidir ki küçük miktarlardaki bir jitter bile 20 bitlik dönüştürücüyü, 16 bitlik biriminkine dönüştürebilmektedir. Bu nedenle dönüştürmeyi,sistemin saat kararlılığı müsaade edecek kadar iyi olmadıkça, daha yüksek çözünürlüklü sistemlere yükseltmenin anlamı yoktur.

185  Saat jitteri rasgele olmak zorunda değildir. Saat jitterinin bir kaynağı karışmalar (crosstalk) ya da saat sinyalindeki parazittir.  Dengelenmiş bir saat hattı böyle bir karışmaya karşı daha dayanıklıdır ancak tüketici ses ara yüzü dengelenmiş değildir ve dış parazitlere karşı açıktır. Bu etkilerin rasgele olması için hiçbir neden yoktur; bu etkiler periyodik ve potansiyel olarak duyulabilir olabilirler.

186  Kabul edilebilir jitter, Şekil 2.11’deki gibi piko saniyelerle ölçülür ve bu etkilerden kurtulabilmek için tasarımda gerekli adımlar atılmalıdır. Dönüştürücü saatleri beyin tarafından kullanılan güçten güzelce ayrılmış temiz güç kaynaklarından enerji sağlamalıdır.  Çünkü dönüştürücü saatin sinyal-gürültü oranı sesin bu oranıyla aynı dereceden olmalıdır. Aksi takdirde saatteki gürültü jittere yol açacaktır bu da seste kirliliğe yol açar.

187  Eğer harici bir saat kaynağı kullanılıyorsa, doğrudan kullanılamaz ve jitteri filtre eden iyi tasarlanmış, iyi yavaşlatan, faz kilitli bir döngüden geçmesi gereklidir. Faz kilitli döngü çoğu uygulamadan daha yüksek bir doğruluk standardında olmalıdır.  Frekans kontrol elemanına ulaşan gürültü, cihazın elimine edebileceğinden fazla gürültüye neden olur. Bazı tasarımlar, doğal frekansı değişken bir diyot tarafından biraz değiştirilebilen kristal osilatörler kullanmaktadır. Kristalin yüksek Q’ su, daha temiz bir saat yaratmaktadır. Yalnız bu yüksek Q aynı zamanda çok az miktarda oluşabilen bir frekans salınımını da meydana getirmektedir.

188  Bu, tekil standart bir örnekleme hızı referansına kilitlenmek için uygundur ancak hızlı değişken işlemler için gerekli olan örnekleme hızlarının sınırı için yeterli değildir. Bu durumda geleneksel değişken VCO gereklidir.  Bazı makineler örnekleme hızı doğruluğuna bağlı olarak kristal veya geniş bantlı VCO’lar arasında değişebilmektedirler. Bölüm 5’te görüleceği gibi, AES/EBU ara yüzü örnekleme hızı doğruluğunu kanal durum verisi içinde taşıyabilmektedir ve uygun osilatör seçimi için kullanılabilir.

189  Değişik hızlarda ancak yüksek kalitede çalışmak zorunda olan bazı makineler, çift fazlı kilitli çevrim düzeni kullanırlar ki burada birinciden artan titreşim ikincide yok edilir. Dış saat sinyali bazen yalıtımı geliştirmek amacıyla optik bir eşleyici kullanılarak temiz bir döngüden geçirilir.  Uzun yıllardır belgelenmiş olsa da, saat jitterinin kontrolüne gösterilen dikkat, donanımda olması gerektiği kadar fazla değildir. Bu da aynı veriyi üreten dönüştürücüler arasında fark olarak ortaya çıkar.

190  İyi tasarlanmış bir saat, bir dış saatteki jitteri reddetmelidir ve verinin kaynağına bağlı olmaksızın bir veri üretirken aynı sesi vermelidir.Üretim yaparken farklı ses veren bir uzaktan dönüştürücü, örneğin farklı CD çalarlardan çalınan bir CD, iyi tasarlanmamış demektir ve kabul edilmemelidir.  Benzer şekilde eğer dönüştürücüye giden bir kablonun değişikliğinin yarattığı etki duyulabiliyorsa, bu birim işe yaramaz demektir. Ne yazık ki çoğu dıştan DAC’ler, tasarımlarında yukarıdaki adımlara uyulmadığı için bu sınıfa girmektedir.

191 2.9 Aralık Etkisi  Şekil 2.13’teki yeniden yapılandırma işlemi ancak ihmal edilebilir süreli darbeler olması durumunda tamamen gösterildiği gibi çalışabilir. Çoğu DAC’de durum böyle değildir ve çoğu analog çıktıyı model periyodunun büyük bir bölümünde ve hatta farklı bir model değeri girdi olana kadar sabit tutarlar.  Bu, ileti modelindeki gibi düz olmak yerine merdivene benzeyen bir dalga formu yaratır. İletilerin genişliklerinin modelleme periyoduna eşit olması amacıyla artırıldığı duruma sıfır derece tutuş sistemi denir ve %100 boşluk oranına sahiptir.

192 ŞEKİL 2.13 : Şekil 2.13 : Modelleme hızının katlarında %100 boşluklarla dolu frekans etkisi. Yukarıda dikkat edilmesi gereken alan modelleme hızının yarısıdır.

193  Dikkat edilmelidir ki boşluk etkisi parça/tutuş sisteminde görülmemektedir; tutuş periyodu,sadece tutuş modunun girildiği andaki girdi voltajına bağlı bir çıktı voltajı veren ölçücünün modellemeye uygun olması için kullanılır.  İhmal edilebilir genişliğe sahip iletilerin ses bandı dahilinde düz olan düzenli bir tayfı varken, boşluk oranı %100 olan iletiler Şekil 2.13’te gösterildiği gibi bir Sin x/x tayfına sahiptir.

194  Frekans tepkisi örnekleme hızında sıfıra düşer ve sonuç ses bandının yaklaşık 4 dB aşağısında kalır. Eğer ileti genişliği sabitse, yüksek frekansların indirgenmesi sabit ve tahmin edilebilirdir ve uygun bir eşitleme devresi tüm tepkiyi bir kez daha düz hale getirebilir.  Buna bir alternatif olarak Şekil 2.14’te gösterilen yeniden modelleme kullanılmaktır. Yeniden modelleme, sıfır derece tutuş dalga formunu, her model periyodunda kapanan analog bir anahtar içeren senkronize modelleme aşaması aracılığıyla geçirir.

195 ŞEKİL 2.14 Şekil 2.14 : (a) Yeniden modelleme devresi geçişleri eler ve boşluk oranını düşürür. (b) Farklı boşluk oranlarının tepkisi.

196  Anahtarın çıktıları, orijinalinden daha dar olan iletilerdir. Örneğin, eğer modelleme periyodunun boşluk oranı %50’ye indirilse, ilk frekans tepkisi olan sıfır artık modelleme hızının iki katıdır ve ses bandı sınırındaki kayıp azaltılmıştır.  Şekilde gösterildiği gibi, boşluk oranı düştükçe frekans tepkisi daha düzgün olur. Ancak bu işlem uzun süre uygulanamaz çünkü küçük boşluk oranlarında iletilerde az miktarda bir enerji vardır ve gürültü sorun yaratabilir. Uygun bir limit, frekans tepkisinin sanal olarak ideal olduğu %12.5 civarındadır.

197 2.10 Niceleme  Sonsuz değişken bir büyüklüğü, tekil veya derecelendirilmiş değerlerle ifade etme işlemine niceleme denir. Niceleme, günlük hayatımızda bir çok yerde karşımıza çıkar. Dijital bir saat zamanı ölçer, ancak ekran, sayılar değişirken herhangi bir işaret vermez.  Seste, ölçülecek değerler analog bir kaynaktan gelen sonsuz değişken voltajlardır. Kesin niceleme, sadece voltaj alanında çalışan bir yöntemdir. Tek bir model nicelemesini incelemek amacıyla zaman akmıyor kabul edilebilir.

198  Şekil 2.15 (a), niceleme işleminin voltaj işlemini dereceler. olarak da bilinen niceleme aralıklarının ’lara böldüğünü gösterir. Telefon gibi bazı uygulamalarda bu aralıkların değişken olması avantajlı bir durumdur, ancak dijital seste niceleme aralıkları mümkün oldukça özdeş seçilir.  Eğer bu yapılırsa orijinal analog voltajla orantılı olan ikili değerler ve miksleme (mixing) ve kazanç dönüşümünün dijital denkleri, model değerlerini toplayarak ya da çarparak elde edilebilir. Eğer niceleme aralıkları özdeş değilse, bu yapılamaz. Bütün niceleme aralıkları aynı olduğunda, düzgün niceleme terimi kullanılır.

199  Girdi sinyalinin kesin voltajı ne olursa olsun, niceleyici bulunduğu niceleme aralığını belirleyecektir. Ayrı bir adım olarak kabul edilebilecek bir edilebilecek yöntemde ise niceleme aralığı bir çeşit ikilik sistem sayısı biçiminde bir koda atanacaktır.  Gönderilen enformasyon, girdi voltajının bulunduğu ölçüm aralığının sayısıdır. Bu voltajın aralığın içinde tam olarak nerede bulunduğu aktarılmayacaktır ve bu mekanizma niceleyicinin doğruluğuna bir sınır koyacaktır.

200  Niceleme aralığının değeri tekrar analog alana döndürüldüğünde, voltaj niceleme aralığının merkezinde ortaya çıkacaktır ve bu girdi ile çıktı arasındaki hatanın boyutunu minimize edecektir.  Sayı sınırı,kullanılan ikilik sistem sayıların kelime uzunluğuyla belirlenir. Bir 16 bitlik sistemde, farklı niceleme aralığı bulunur ancak uçlardaki aralıkların dış sınırları yoktur.

201 ŞEKİL 2.15: Şekil 2.15 : Niceleme ayrık sayıları değişken voltajlara ayırır. Aynı niceleme aralığı içindeki bütün voltajlar aynı sayıya yani,bir DAC nin niceleme aralığının merkezinde (a) da kesikli çizgilerle gösterildiği gibi bir voltaj üretmesine neden olan sayıya ayrılır. Bu,(b) de gösterilen orta yatay basamaklı niceleyicinin özelliğidir. Alternatif bir sistem ise (c) de gösterilen orta dikey basamaklı bir sistemdir. Burada sıfır volt analogu iki kod arasına düşer ve sıfır için herhangi bir kod yoktur. Böyle bir niceleme sinyalin işleme konulmasından önce kullanılamaz çünkü artık verilen sayı voltaja orantılı olmaz. Niceleme hatası (d) de gösterildiği üzere +1/2Q veya -1/2Q değerini geçemez.

202 2.11 Niceleme Hatası  İdeal bir DAC tarafından izlenen ideal bir niceleyici için bir transfer fonksiyonu yazmak mümkündür, ve bu Şekil 2.15’te gösterilmiştir. Bir transfer fonksiyonu basitçe, çıktının girdiye bağlı grafiğidir.  Seste, “doğrusallık” terimi kullanıldığı zaman,bu anlatım genellikle transfer fonksiyonunun düzlüğü anlamına gelir. Seste,doğrusallık bir amaçtır, bu sebeple ideal bir niceleyici mutlaka doğrusal olmalıdır.

203  Şekil 2.15 (b) transfer fonksiyonunun merdivene benzediğini gösterir ve sıfır volt analogu, bütün dijital veya sessiz sıfırlara uygundur ve niceleme aralığının yarı yolunda veya bir dizinin merkezindedir. Bu,yaygın olarak seste kullanılan orta sıra niceleyicisi olarak adlandırılır.  Niceleme ses modelinde bir hataya neden olur ki bu hata merdiven şekilli transfer fonksiyonuyla ideal düz çizgi arasındaki farkla belirlenmiştir. Bu hata Şekil 2.15’te Q’da periyodik olan testere dişi şekilli bir fonksiyon olarak gösterilmiştir. Kırpmanın ortaya çıkmasına verecek kadar büyük bir girdi olmadıkça bir tepeden diğerine kadar büyüklük  1/2 Q değerini geçemez.

204  Niceleme hatası aynı zamanda,zaman alanında da incelenebilir çünkü burada DAC’nin boşluk oranından kaynaklanan karmaşıklık daha kolay engellenebilir. Bu nedenle burada çıktı modellerinin ihmal edilebilir zamana sahip oldukları düşünülür. Böylelikle DAC’den gelen darbeler orijinal analog dalga formu ile karşılaştırılabilir ve aradaki fark niceleme hatası dalga formunu gösterir.  Bu işlem Şekil 2.16’da yapılmıştır. Çizimdeki yatay çizgiler niceleme aralıkları arasındaki sınırlardır ve eğri de girdi dalga formudur. Dikey çubuklar niceleme aralığının merkezine ulaşmış,nicelenmiş modellerdir. (b)’de gösterilen niceleme hatası dalga formu, ideal orijinal dalga formunda niceleme işlemi nedeniyle oluşmuş istenmeyen bir sinyal olarak düşünülebilir.

205  Eğer bir niceleme aralığında çok küçük bir girdi sinyali kalırsa, bu durumda niceleme hatası bu sinyaldir.  Transfer fonksiyonu doğrusal olmadığı için ideal niceleme bozulmaya yol açabilir. Sonuç olarak pratik dijital ses sistemleri doğrusallığa erişebilmek için özellikle ideal olmayan niceleyiciler kullanırlar. İdeal niceleyicinin niceleme hatası karmaşık bir fonksiyondur ve gayet derin olarak araştırılmıştır.  Burada bu kadar derine girilmeyecektir. İdeal niceleyicinin karakteristiği, sadece okuyucuyu bu cihazın kaliteli ses uygulamalarında kullanılamayacağına ikna edecek kadar incelenecektir. Burada bu kadar derine girilmeyecektir.

206  İdeal niceleyicinin karakteristiği, sadece okuyucuyu bu cihazın kaliteli ses uygulamalarında kullanılamayacağına ikna edecek kadar incelenecektir.  Niceleme hatasının büyüklüğü sınırlı olduğundan, etkisi sinyali daha geniş tutarak minimize edilebilir. Bu,daha fazla niceleme aralığı kullanılması ve bunları ifade etmek için daha fazla bit kullanılması demektir.  Niceleme aralıklarının sayısı,aralıkların büyüklükleriyle çarpılarak dönüştürücünün niceleme sınırı belirlenir. Belirlenen sınırın dışındaki bir sinyal kırpılacaktır. Kesme işleminden sakınıldığı sürece, daha geniş sinyal alımı, niceleyici hatasının daha az etkisi olduğu anlamına gelir.

207  Girdi sinyalinin bütün niceleme sınırını kullandığı ve karmaşık dalga formuna sahip (orkestra müziğindeki gibi) olduğu yerlerde, ardışık modeller geniş bir çerçevede değişen sayısal değerlere sahip olacaklardır ve bir modeldeki niceleme hatası diğerinden bağımsız olacaktır.  Bu durumda niceleme hatasının boyutu, sınırlar arasında eşit olasılıkla dağılacaktır. Şekil 2.16 (c) düzgün olasılık dağılımını göstermektedir. Bu durumda nicelemeden kaynaklanan istenmeyen sinyal, sinyalden bağımsız olan geniş bantlı gürültüdür ve bu durumda bunu niceleme sesi olarak adlandırmak uygun olur. Bu koşullar altında uygun bir sinyal/gürültü oranı şöyle hesaplanabilir.

208 ŞEKİL 2.16 Şekil 2.16 : (a)’da tepeleri niceleme aralıklarının merkezinde bulunan PAM iğneleri tarafından doğruluğu sınırlandırılan keyfi bir sinyal gösterilmiştir. Neden olunan hatalar istenmeyen bir sinyalin (b) orijinale eklenmiş hali olarak düşünülebilir. (c)’de ölçüm hata iğnesi – ½ Q’dan + ½ Q’ya kadar eşit olasılıkla dağılmıştır. Bununla birlikte, analog devrelerdeki beyaz sesin genellikle Gauss Büyüklük Dağılımı’na sahip olduğuna dikkat edilmelidir.

209  n bitlik kelime kullanan bir sistemde ölçüm aralığı olacaktır.  Herhangi bir kesmeye uğramadan bu şartlara uyan en büyük sinüzoit belirtilen tepeden tepeye genişliğe sahip olacaktır.  Tepe genişliği büyük olarak yarım olacaktır, yani olur ve r.m.s. büyüklüğü bu değerin olur ve r.m.s. büyüklüğü bu değerin ‘de biridir. ‘de biridir.

210  Niceleme hatasının tepe büyüklüğü vardır ve bu r.m.s.’ye denktir.  Bu durumda geniş sinyal durumu için sinyal/gürültü oranı şöyle bellidir:

211 . Örneğin 16 bit bir sistem yaklaşık 98.1 dB SNR verecektir.

212  Yukarıdaki sonuçlar büyük bir karmaşık girdi çıktı formu için doğruyken, niceleme hatasının daima gürültü olduğunu kabul eden yaklaşımlar doğru olmayan sonuçlara varırlar. Yukarıdaki bu açıklama sadece niceleme hatasının olasılık dağılımı düzgün olduğu zaman geçerlidir. Ne yazık ki, düşük seviyelerde ve özellikle saf ve basit dalga formlarında durum böyle değildir.  Düşük ses seviyelerinde, niceleme hatası rasgeledir ve girdi dalga formunun bir fonksiyonu olur ve niceleme yapısı Şekil 2.16’da olduğu gibidir. İstenmeyen sinyal, istenen sinyale bağlı deterministik bir fonksiyon olduğunda, gürültü yerine bozulma olarak sınıflandırılmalıdır. Bozulma aynı zamanda doğrusal olmamaktan veya merdiven yapıdan da tahmin edilebilirdir.

213  Büyük bir sinyalle, bir çok adım dahil olur ki bu durumda bozulmaya müdahale etmemek gerekir ve basamaklı bir merdiven bir eğri gibi görünür. Küçük bir sinyalle, çok az sayıda adım vardır, bu adımlar nicelemede daha fazla göz ardı edilemez.  Transfer fonksiyonunun doğrusal olmaması bozulmaya neden olur ve harmonik yaratır. Bu harmonikler, anti- aliasing filtreden sonra oluşurlar ve yarı örnekleme hızını aşanlar alias edilirler.

214 ŞEKİL 2.17 Şekil 2.17 : Niceleme, anti-aliasing filtreden sonra bozulmaya yol açar, bozulma ürünleri ses bandında harmonik olmayan sesler üretir. Burada, 15 kHz’deki temel 30 ve 45 kHz’de ikinci ve üçüncü harmonik bozulmayı üretmiştir. Bu da 40 – 30 = 10 kHz ve 40 – 45 = ( - ) 5 kHz’de alias edilmiş ürünlerle sonuçlanır.

215  Şekil 2.17 bunun ses bandında harmonik olmayan bozulmaya nasıl neden olduğunu göstermektedir.Harmonik olmayan bozulmalar, kuş cıvıltısı gibi seslere neden olurlar.  Örnekleme hızının girdi frekansının fonksiyonu olduğu durumlarda sonuç harmonik bozulmadır. Girdide birden çok frekans olduğunda, tanelenme olarak bilinen ara dönüştürme bozulması görülür.

216  Söylemeye gerek olmasa da, yukarıdaki etkilerin her hangi biri yüksek kaliteli çalışma için ideal niceleyiciye fırsat vermemektedirler.  Ters etkileri biraz daha derin incelenmesinde bu etkilerin titreşim kullanan pratik bir ekipmanla yok edilmesi gerektiğinden ve yok edilebileceğinden faydalanılır.Yanlış titreşim, dönüştürülmüş sinyali bozacağından,bir niceleyiciyi doğru olarak titreşimlendirmenin önemi iyi ifade edilmelidir çünkü bu tür bir bozulma sonradan düzeltilemez.  Yukarıda türetilen sinyal-gürültü oranının pratik ses uygulamalarıyla hiçbir bağlantısı yoktur çünkü bu uygulamalar titreşimlendirme ve gürültü şekillendirme kullanılarak geliştirilecektir.

217 2.12 Titreşime Giriş  Yüksek sinyal seviyelerinde niceleme hatası etkili bir gürültüdür. Ses seviyesi düştükçe ideal niceleyicinin niceleme hatası,sinyale gittikçe daha fazla bağımlı olur ve bunun sonucu bozulmadır.  Eğer niceleme hatası bir şekilde girdiden bağımsız hale getirilebilirse sistem doğrusal olur fakat gürültülü kalıcı olabilir.  Titreşim, niceleyicinin yaptığı işi önceden bildirilemez kılarak bağımsız hale getirme işlemini yapar ve analog sistemde olduğu gibi sisteme bir gürültü tabanı verir.

218 ŞEKİL 2.18 Şekil : Titreşim niceleyiciye iki yoldan biri ile uygulanabilir. (a)’da titreşim analog girdi sinyaline doğrusal olarak eklenmişken, (b)’de niceleyicinin referans voltajlarına eklenmiştir.

219  Uygulamadaki bütün ses sistemleri titreşim sinyalinin ölçümden önce verildiği ve DAC’de bunu ortadan kaldırmak için hiçbir çabanın sarf edilmediği çıkarmasız titreşim kullanırlar.  Kaçınılmaz olarak, geleneksel bir niceleyiciden önce titreşime giriş,ulaşılabilen sinyal/gürültü oranında ufak bir düşüşe neden olur anacak bu düşüş doğrusalsızlıkların ortadan kaldırılması için ödenen ufak bir bedeldir.  Titreşimle dirsek temasında olan gürültü şekillendirme tekniği bu kısıtlamayı ortadan kaldırmak için kullanılacaktır ve yukarıdaki çıkarmalı titreşim örneğinden fazla olan durumlarda performans sağlayacaktır.

220  Şekil 2.15 deki ideal (gürültüsüz) niceleyicinin sabit niceleme aralıkları vardır ve aynı sinyal için daima aynı niceleme hatasını verir.  Şekil 2.18’de ideal bir niceleyici girdi sinyaline ya da niceleme aralıkları oluşturmak için kullanılan referans voltajına seviyesi kontrol edilen bir gürültü verilerek titreşimlendirilebilir. Titreşimin nasıl çalıştığı üzerine çeşitli çalışmalar vardır ve hepsi aynı derecede geçerlidir.  Titreşimin eklenmesi demek ardışık modellerin voltaj cetvelindeki farklı yerlerde bulunan niceleme aralıklarını doğru bir şekilde bulabilmeleri demektir. Niceleme hatası, girdi sinyalinin tahmin edilebilir bir fonksiyonu olmak yerine titreşime bağlı bir fonksiyon olur.

221  Niceleme hatası giderilemez; ancak nesnel olarak kabul edilemez derecedeki bozulma kulağa daha az gelen, geniş bantlı bir gürültüye dönüştürülür.  Titreşimi incelemenin birkaç alternatif yolu Şekil 2.19’da gösterilmiştir. Bir niceleme aralığında düşük seviyeli bir girdi sinyalinin değiştiği durumu düşünün. Titreşim olmadan, aynı sayısal kod örnekleme periyotları için çıktı oluşturur ve aralıkların içindeki varyasyonlar kaybedilir.  Titreşim, niceleyicinin iki ya da daha fazla durum arasında değişmesini sağlayacak niteliktedir. Verilen bir aralıkta daha yüksek girdi sinyali voltajı demek, çıktı kodunun en yakın alçak değeri almasının,daha olası olması demektir.

222  Titreşim, bir çeşit görev döngüsü dönüştürmesiyle sonuçlanır ve sistemin çözünürlüğünü basamakların boyutlarıyla sınırlandırılmak yerine sonsuz olarak genişletilir.  Titreşim, aynı zamanda nicelemenin transfer fonksiyonunda ne çeşit bir değişiklik yaptığından da anlaşılabilir.  Bu değişiklik, normal olarak mükemmel bir merdivendir ancak titreşimin varlığında; ortalama transfer fonksiyonu belli bir büyüklükte düzgün oluncaya kadar yatay olarak sürülür.

223 2.13 Tekrar Niceleme ve Dijital Titreşim  Bu bölümün ilerleyen kısımlarında daha detaylı olarak incelenen ileri ADC teknolojisi 18 – 20 bitlik çözünürlüğü destekler ve belki gelecekte bu çözünürlükten daha fazlasını desteklemesi mümkün olacaktır. Böylece dijital kayıt cihazı gibi 16 bitlik cihazların,daha büyük kelime uzunluğuna sahip olan ADC’nin çıktısına bağlanması gerektiği sonucu çıkar. Kelimelerin bir şekilde kısaltılması gereklidir.  Bir örnekleme değeri zayıflatıldığında kök noktasının altında ortaya çıkan ekstra alçak bitler,sinyalin çözünürlüğünü ve sistemi doğrusallaştıran en az önemli bit(ler) deki titreşimi korur. Aynı kelime açılımı, çarpma işlemini içeren bir çok işlemde de – örneğin dijital filtrelemede – ortaya çıkar. Bunun ardından düşük sıralı bitleri çıkararak kelime uzunluğunun kısaltılması işlemi gelecektir.

224  Orijinal dönüştürme, doğru olarak dijitalleştirilse de düşük sıralı bitlerdeki rasgele eleman,istenilen kelimenin bir şekilde arkasında olacaktır.  Eğer kelime basitçe ;istenmeyen düşük dereceli bitleri çıkararak ya da en yakın tam sayıya yuvarlayarak kısaltılırsa, orijinal titreşimin doğrusallaştırıcı etkisi kaybedilecektir.  Bir modelin kelime uzunluğunu kısaltarak,sinyal büyüklüğünü değiştirmeden niceleme aralıklarının sayısının azalması sağlanır. Şekil 2.20’de gösterildiği gibi, yeni aralık yapısıyla birlikte niceleme aralıkları büyür ve sinyal yeniden nicelenir.

225 ŞEKİL 2.19 Şekil 2.19 : Uygun seviyenin geniş bant titreşimi,transfer fonksiyonunu bozukluk yerine gürültü üretmesi için doğrusallaştırır. Bu işlem,spekral analiz tarafından onaylanabilir. Titreşim,voltaj alanında, şalterin görevli döngüsünde, kodlarla korumaların çözünürlüğü arasında bir savrulmaya neden olur.

226 ŞEKİL 2.20 Şekil 2.20 : Kelime uzunluğunu kısaltmak, voltaj dalga formunu tanımlayan kodların sayısının azaltır. Bu niceleme basamaklarını dolayısıyla da yeniden niceleme terimini büyütür. Görülebileceği gibi; bitlerin basit kısaltılması ya da çıkarılması analog bir özellik göstermez. Orijinal dönüştürmede,daha büyük basamaklar kullanılmışsa aynı sonucu elde etmek için yuvarlama gereklidir.

227  Böylece bir ADC’deki niceleme bozulmalarıyla aynı karaktere sahip yeniden niceleme bozulmaları meydana gelecektir.  Bu da açık bir şekilde kelime uzunluklarının kısaltılmasında, (örneğin 20 bit’in 16 bit’e dönüştürülmesinde ) orijinal dönüştürücünün 16 bit olduğu durumdaki gibi görüntü elde etmek kaydıyla, düşük dereceden 4 bit çıkarılması demektir.  Şekil 2.20’den de görülebileceği gibi kısaltma kullanılamaz çünkü bu kullanım yukarıdaki gereksinimi karşılamamaktadır ve sürekli aynı yönde yuvarladığından,sinyal bağımsız ofsetlerle sonuçlanmaktadır. Sese ait uygulamalarda uygun sayısal yuvarlama yapılmalıdır.

228  Sayısal yuvarlamayla yeniden niceleme, analog nicelemeyi doğru olarak yeni aralık boyuta benzetir.Ancak, 20 bitlik bir dönüştürücü,16 bitlik birimin on altıda birine eşit niceleme aralıklarına uygun titreşim büyüklüğüne sahip olacaktır ve sonuç doğrusallıktan büyük ölçüde uzak olacaktır.  Pratikte kelime uzunlukları,yeniden niceleme hatasını bozulma yerine gürültüye dönüştürülecek şekilde kısaltılmaktadır. Bu gereksinimi karşılayan bir teknik, yuvarlama işleminden önce uygulanan dijital titreşimdir.  Bu titreşim ADC’deki analog titreşime denktir. Bu bölümün ilerleyen kısımlarında da gösterileceği üzere;daha karmaşık sistemlerde nicelemede olduğu gibi gürültü şekillendirmesi kullanılabilir.

229 ŞEKİL 2.21 Şekil 2.21 : Basit dijital titreşimlendirme sisteminde, bir rasgele sayı üretecinden gelen ikinin bütünleyenleri, girdini düşük dereceli bitlerine eklenir. Titreşimlendirilen değerler,çıkarılacak bitlerin değerlerine göre yukarı veya aşağı yuvarlanırlar. Titreşim yeniden nicelemeyi doğrusallaştırır.

230  Dijital titreşim,sayıların rasgele sırasıdır. Eğer Şekil 2.18 ve Şekil 2.19’daki analog titreşim sinyalinin taklit edilmesi gerekirse;gürültünün ortalama voltajın sıfır olması amacıyla, iki kutuplu olması gerektiği ortadadır. Titreşim değerleri için, ses modellerinde olduğu gibi iki’nin bütünleyeni kodlaması kullanılmalıdır.  Şekil 2.21 modelin kelime uzunluğunu kısaltan, basit dijital titreşimlendirme sistemini (diğer bir deyişle gürültü şekillendirmesi olmayan sistemi) göstermektedir. Uygun kelime uzunluğu için iki’nin bütünleyeni olan sahte-rasgele dizi üreteci; (bkz. Bölüm 4) girdi modellerine yuvarlama işleminden önce eklenir.

231  Atılacak bitlerin en önemlisi,toplamlarının niceleme aralığının yarısından çok mu, az mı olduğunu belirlemek üzere incelenir.  Titreşimlendirilmiş model ya aşağı yuvarlanır ve istenmeyen bitler basitçe yok edilir ya da yukarı yuvarlanır yani istenmeyen bitler yok edilir ancak yeni kısa kelimenin değerine bir tanesi eklenir.  Rasgele,doğrusal bir bileşen sağlaması için eklenen titreşim nedeniyle yuvarlama işlemi artık deterministik değildir.

232  Bu işlem Şekil 2.18’deki işlemle karşılaştırıldığında analog ve dijital titreşimin prensipleri aynıdır; işlem basit olarak farklı alanlarda gerçekleşir ve iki’nin bütünleyenlerini yuvarlayarak ya da voltajları uygun şekilde niceleyerek kullanır.  Aslında analog titreşimle titreşimlendirilmiş dalga formu, yok edilecek bitlerin sayısının sonsuz olduğu iki kutuplu dijital titreşimin varsayılan durumu ile aynıdır ve 8 bit yok edileceği zamanki uygulamalar da aynı kalacaktır.

233  Analog titreşim, DAC kullanılarak iki kutuplu bir dijital titreşimden elde edilebilir (ki bu belirli özelliklere sahip rasgele sayılar kullanmaktan farklı değildir).  Titreşimin en basit şekli (dolayısıyla da dijital olarak en kolay üretileni) düzgün ya da dikdörtgensel özelliği olan rasgele sayıların tekli bir sırasıdır. Titreşimin büyüklüğü kritiktir.  Şekil 2.22 (a)’da gösterildiği gibi dikdörtgensel titreşimin çeşitli büyüklüklerinin varlığında tek bir ölçüm aralığına bağlı zaman- ortalamalı transfer fonksiyonunu gösterir. Fonksiyon tepeden tepeye 1Q değerinde mükemmel doğrusallıktadır ancak daha büyük ve daha küçük değerlerde bozulmaya uğrar.

234 ŞEKİL 2.22 Şekil 2.22 : (a) Dikdörtgensel olasılığın kullanılmasıyla titreşim doğrusallaştırılabilir.,ama gürültü modülasyonu (b) de sonuçlanır. Üçgensel p.d.f titreşimi (c) doğrusallaşır ancak gürültü modülasyonu (d) de olduğu gibi yok edilir. Gauss titreşimi de (e) kullanılabilir. (f) de gürültü modülasyonunun yaklaşık olarak elenmesi gösterilmiştir.

235  Böyle bir titreşimle, ölçülen gürültü sabit değildir. Şekil 2.22(b), Analog girdi tam olarak ölçüm aralığına ortalandığında (ölçüm hatasını engellemek için) titreşimin etkisinin olmayacağını ve çıktı kodunun sabitleneceğini gösterir.  Kodlar arasında bir bağlantı olmadığından gürültü de olmaz.Diğer yandan, analog girdi tam olarak tepe değerinde ya da aralıklar arasındaki sınırdayken, kodlar arasında en yüksek bağlantı sağlanır ve böylece en yüksek gürültü üretilir.

236  Dikdörtgensel olasılık titreşiminin kullanılmasıyla oluşan gürültü modülasyonu istenmediktir.Bu durum işlemin çok basit olmasından ileri gelir.  Titreşimsiz ölçüm hatası sinyale bağımlıdır ve titreşim, tek değişmeyen olasılıklı rastlantısal işlemi belirtir.Bu,sadece sistemi doğrusal hale getirerek, ölçüm hatasının ortalama değerinin sıfır olduğu alandaki dekorolasyonunu sağlayabilir.  Sinyal bağlılığı ortadan kaldırılamaz fakat bir sonraki istatistiksel momentle yer değiştirebilir.Bu varyanttır ve sonucu gürültü modülasyonudur.Eğer sisteme daha ileri değişmez olasılıklı rastlantısal bir işlem tanıtılırsa sinyal bağımlılığı, bir sonraki moment veya ikinci momentle yer değiştirir ya da varyant sabit hale gelir.

237  İki istatistiksel bağımsız olasılık fonksiyonunu birbirine eklemek, bir üçgensel olasılık fonksiyonu üretir.Bu özelliğe sahip bir sinyal titreşim kaynağı olarak kullanılabilir.  Şekil 2.22(c), belirli bir sayıdaki titreşim genlikleri için ortalama iletim fonksiyonunu göstermektedir.Doğrusallık, tepe-tepe arası genlik 2Q olduğunda sağlanır ve bu seviyede gürültü modülasyonu yoktur.  Gürültü modülasyonunun olmaması gürültünün sabit kalması şeklinde de ifade edilebilir.Titreşimin üçgensel p.d.f. ‘si ölçüm hatası fonksiyonunun üçgensel şekline karşılık gelir.

238  Titreşime daha çok değişmez olasılık kaynakları eklemek, toplam olasılık fonksiyonunu analog gürültünün Gauss dağılımına daha çok benzetir.  Şekil 2.22(d), çeşitli seviyelerde Gauss titreşimi uygulanan bir ölçeğin ortalama iletim fonksiyonunu gösterir.  Doğrusallık 1/2 Q r.m.s. de sağlanmıştır ve bu seviyede gürültü modülasyonu ihmal edilir.

239  Toplam gürültü gücü formülü ile verilir.ve böylelikle ses seviyesi olur. formülü ile verilir.ve böylelikle ses seviyesi olur.  Titreşimlendirilmemiş ölçeğin gürültü seviyesi geniş sinyal durumunda ’dir ve durumunda ’dir ve formülünün etkisiyle gürültü daha yüksektir. formülünün etkisiyle gürültü daha yüksektir.

240  Bu nedenle SNR 6.02(n-1) dB formülü ile verilir.Doğru Gauss titreşimli 16 bit’lik bir sistemin SNR ‘si 92.1 dB’dir.  Dijital titreşim uygulamalarında, 2Q tepeden tepeye üçgensel olasılık titreşimi en uygun olanıdır çünkü; gürültü modülasyonu ve SNR ’den bağımsız,hiç çarpıklık taşımayan,en iyi olası kombinasyonu verir.

241  Bu sonuç analog titreşim için de doğru olduğu halde, bütün gerçek analog sinyaller Gaussian thermal gürültü içerdiklerinden gerçek bir ADC’ye uygulanmaya elverişli değillerdir.  Çıkarılamayan titreşim üzerine devam eden en kapsamlı çalışma Vanderkooy ve Lipshits’e aittir ve buradaki uygulama büyük oranda bu çalışmaya dayanır.

242 2.14 Temel Dijitalden Analoga Dönüştürme  ADC’ler sıklıkla gömülü DAC’lerin geri besleme döngülerinde kullanıldığından, dönüşümün bu yönü öncelikli olarak tartışılacaktır.  Dijital-analog çeviricinin amacı, sayısal değerleri alarak gösterdikleri sürekli dalga formunu üretmektir.Şekil 2.23, geleneksel dönüştürme alt sisteminin, başka bir deyişle üstün modellemenin işlemediği sistemin temel elementlerini gösterir.  Saatteki jitter (veya yatay dengesizlik) VCO ya da VCXO ile ortadan kaldırılmalıdır.Örnek değerler kilit’e (latch) tamponlanır ve temiz saatin (clean clock) tüm döngülerinde işleyen çevirici elemente iletilir.Sonrasında elde edilen çıktı, örnek periyodun en az bir bölümü için olan sayıyla orantılı voltajdır.

243  Devamında tekrar örneklendirme basamağı bulunur, bağlantının süreksizliğini engellemek için; aralık oranı azaltılmalı ya da örnek işlem periyodunun önemli bir kısmını alan çevirici kullanılmalıdır.  Tekrar örneklendirilmiş dalga formu yeniden üretim filtresine gönderilir, bu filtre ses bandının üstündeki frekansları kabul etmez.  Bu bölüm esas olarak çevirici elementin uygulanmasıyla ilgilidir.PCM datasından analog sinyal iki temel yolla elde edilir. Birinci yol; ikilik ağırlıklandırılmış akımları kontrol etmek ve toplamak, ikincisi ise ; sabitlenmiş bir akımın tamamlayıcıya (integratöre) akma süresini kontrol etmektir.

244 ŞEKİL 2.23 Şekil 2.23 : Geleneksel bir dönüştürücünün bileşenleri. Jittersiz saat,voltajı;çıktısı ilk yeniden yapılandırma için tekrardan modellenebilecek olan dönüştürmeye aktarır.

245  Bu iki yöntem şekil 2.24’te karşılaştırılmıştır.Görünümleri basittir, ancak bazı pratik sınırlamalar nedeniyle ses için kullanılmazlar.Şekil 2.24(c)’de, ikilik kod, temel yüksek akım oluşturmak üzeredir ve bütün düşük akımlar geçer.  Şekil 2.24(d)’de ikilik girdi değeri bir artırılmıştır ve sadece en önemli akım geçer.Bu akım diğer akımların toplamından bir fazla olmak zorundadır.

246  Basamak genişliğinin gereken ölçülerde olması için doğruluk hassasiyeti sağlanmalıdır.  Bu basit 4 bit örneğinde; basamak genişliği için rasgele %10 hassasiyet gerekirse, gerekli hassasiyet 160 içinde sadece bir bölümdür, fakat 16 bitlik bir sistem için içinde bir bölümdür ya da yaklaşık 2ppm’dir.  Bu hassasiyet derecesinin sağlanması neredeyse imkansızdır, çünkü bu seviye sadece yıllanma ve sıcaklık değişimiyle sağlanır.

247 ŞEKİL 2.24: Şekil 2.24 : Temel dönüştürme. (a) Ağırlıklandırılmış,geçerli olan DAC. (b) Zamanlanmış,tamamlayıcı DAC. (c) 0111 girdisi ile geçerli olan akım. (d) 1000 girdisi ile geçerli olan akım. (e) Tamamlayıcı,saatin 1111 girdisi için 15 kez dönmesi süresince yükselir.

248  Bu 4 bit örnekte tamamlayıcı türündeki dönüştürücü şekil 2.24(e)’de verilmektedir.  Burada örnek, sayaç oluşumu için bir saate gerek duyar ve böylece bir örnek periyodundan daha kısa sürede maksimum sayım yapılmasını sağlar.  Bu saatin hızı örnekleme hızından 16 kat daha fazla olacaktır.Ancak, 16 bitlik sistem için ; saat hızı, örnekleme hızının katı olmalı ya da yaklaşık 3 GHz olmalıdır.Bu dönüştürücü türlerinin ses uygulamalarında kullanılabilmesi için bazı arıtımlar gereklidir.

249 2.15. Temel Analogdan Dijitale Dönüştürme  Şekil 2.25’te geleneksel analog-dijital alt sistemi gösterilmektedir.Pürüz giderici filtreyi takip ederek örnekleme işlemi gerçekleşecektir.  Burada tanımlanan birçok ADC’nin işlemesi için sınırlı bir zaman vardır dolayısıyla girdiden alınan örnek anlık olarak alınmalıdır.Çözüm ise hat tutucu devre kullanmaktır.

250  Örnekleme süreci takip edilerek, örnek voltajı ölçülür.Ölçülen seviye sayısı daha sonra ikilik koda çevrilir.Bu bölüm esas olarak, ölçme basamağının uygulamasıyla ilgilidir.  Ölçücünün genel çalışma prensibi; en yakın ölçüm voltajı bulunana kadar, farklı ölçüm voltajlarını bilinmeyen analog girdilerle karşılaştırmaktır.Buna karşılık gelen kod, çıktıyı oluşturur.Bu karşılaştırma, minimum donanımla ya da eşzamanlı olarak sağlanabilir.

251 ŞEKİL 2.25: Şekil 2.25 : Geleneksel bir analogdan dijitale dönüştürücü alt sistemi. Burada, Anti-aliasing filtresinden sonra bir modelleme yöntemi olacaktır. Bu yöntem bir parça tutma devresi içerebilir. Nicelemeden sonra;nicelenmiş seviye sayısı böylelikle iki’nin bütünleyeni olan ikilik bir koda dönüştürülmüş olur.

252  Flaşlı dönüştürme muhtemelen, PCM ve DPCM için en basit tekniktir. Çalışma ilkesi şekil 2.26’da gösterilmektedir.Her ölçüm aralığının başlangıç voltajı birbirine bağlı dirençler tarafından sağlanır; dirençler ise referans voltajı tarafından beslenir.  Referans voltajı, girdi hassaslığını belirlemek için değiştirilebilir.Her referans voltajına bağlı bulunan bir voltaj karşılaştırıcısı vardır ve diğer tüm girdiler analog girdiye bağlanmıştır.  Karşılaştırıcı, 1 bitlik ADC olarak düşünülebilir.Girdi voltajı kaç tane karşılaştırıcıda doğru çıktı olduğunu belirler.

253  Her ölçüm aralığı için bir karşılaştırıcı gerekir, örneğin 8 bitlik bir sistemde 255 ikilik karşılaştırıcı çıktısı vardır ve bunları ikilik koda çevirmek için öncelikli kodlayıcı kullanılmalıdır.  Ölçme basamağının eşzamanlı olmadığına dikkat edilmelidir; karşılaştırıcı, girdi dalga formu referans voltaja dönüştüğünde durumu değiştirir.  Örnekleme, karşılaştırıcı çıktısı sonraki kilide gönderildiğinde oluşur.Bu, örneklemeden önce ölçmeye örnek olabilir ve şekil 2.2’de daha önce gösterilmiştir.

254  Aygıt, genel olarak basit bir yapıya sahiptir buna rağmen birçok devreyi içerir ve pratik olarak bir çipe yerleştirilebilir.  16 bitlik bir aygıt adet karşılaştırıcı gerektirir ki bu dönüştürücülerin doğrudan ses dönüştürmesi için pratik olmaz.  Buna rağmen DPCM ‘lerde avantaj olarak kullanılacak ve bu bölümün sonrasında tanımlanacak üstün modelleme dönüştürücülerinde kullanılacaktır.

255  Flaşlı dönüştürücünün yüksek hızı üstün modelleme için bir diğer avantajdır.  Bütün bitlerin sayılımı eşzamanlı olduğundan, hat tutucu devreye ihtiyaç yoktur ve ortalama darbe genişliği dizini engellenmiştir.  Şekil 2.26 bir flaş dönüştürücü çipini gösterir.Direnç basamağına ve öncelikli kodlayıcının takip ettiği karşılaştırıcılara dikkat edilmelidir.

256 ŞEKİL Şekil 2.26 : Flaşlı dönüştürücü. (a) da her bir niceleme aralığının,(b) nin dalga formlarında sonuçlanan,kendisine ait bir karşılaştırıcısı var. Öncelikli olarak;karşılaştırıcı çıktılarını ikilik koda dönüştürmek için bir kodlayıcı gereklidir. (c) de gösterilen tipik 8 bitlik flaşlı dönüştürücü,ilk olarak video uygulamalarında kullanılması için tasarlanmıştır. (TRW’ye saygılarla)

257 ŞEKİL Şekil 2.26 : (c)’den devam

258  MSB seçime bağlı olarak tersine çevrilebilir,bu yüzden cihaz ofset ikilik sistemi modunda veya iki’nin bütünleyeni modunda kullanılabilir.  Bileşen karmaşasındaki bir indirgeme,serisel niceleme ile elde edilebilir. Farklı nicelenmiş voltajları meydana getirmenin en basit metodu;DAC’ye bir sayaç bağlamaktır.  Ortaya çıkan merdiven voltajı,girdi ile karşılaştırılır ve DAC çıktısı,girdiyi henüz geçtiği zaman sayaç saatini durdurmak için kullanılır. Bu metot gerçekten yavaş işler ve sadece biraz daha karmaşık olan,daha hızlı bir metot kadar çok kullanılmaz.

259  Ardışık yaklaşım kullanarak, MSB’yle başlamak kaydıyla her bit sırasıyla test edilir.Eğer girdi yarım dizinden büyükse,MSB elde tutulacak ve bir sonraki biti test etmek için baz olarak kullanılacaktır,eğer girdi üç- çeyrek dizinini aşarsa tutulabilir.  Bir önceki örnekte bahsedilen ölçüm aralığı sayısının aksine, karar sayıları kelimedeki bit sayısına eşittir.  Ardışık yaklaşımlı dönüştürücünün engeli ;en az önemli bitlerin en son ve örnek tutucu basamaktaki dizinin en işlevsiz olduğu zaman hesaplanmasıdır.

260  Analog-dijital çevrimi, çift-akım-kaynak- tipi DAC prensibi kullanılarak da geri-iletim sistemine uygulanabilir; en önemli farkı ise, iki akım kaynağının aynı anda değil, birbirini takip ederek çalışıyor olmasıdır.

261 2.16 Alternatif Dönüştürücüler  Sayısal olarak kayıt edilebilmesi ve işleme konulmasındaki kolaylık,PCM sesi evrensel yapmasına karşın, analog dalga formunu bit akımına dönüştüren başka alternatif metotlar davardır.  Bu dönüştürücü türlerinde çıktı, Nyquist hızlı PCM değildir, fakat uygun bir dijital işlemle bu hale gelmesi sağlanabilir.Gelişmiş dönüştürücü sistemlerinde, özellikle yapısal avantajlarını kullanmak için alternatif dönüştürücü tekniği benimsenebilir.Daha sonra çıktının dijital olarak Nyquist hızlı PCM ‘ye çevrilmesiyle her ikisinin avantajlarından yararlanılmış olunur.

262  Geleneksel PCM daha önceden tanıtılmıştı.PCM de sinyal genliği sadece niceleyicinin sayı dizinine bağlıdır, girdi frekansından bağımsızdır.Benzer şekilde, niceleme ya da ölçüm işleminde oluşan istenmeyen sinyallerin genliği de büyük oranda girdi frekansından bağımsızdır.  Şekil 2.27’de alternatif dönüştürücü yapılarını tanıtıyor.Diyagramın üst yarısı diferansiyel dönüştürücüleri göstermektedir.Diferansiyel kodlamada, çıktı kodunun değeri; uygulamadaki örnek voltajı ile bir önceki örnek voltajı arasındaki farka eşittir.Diyagramın alt yarısında PCM dönüştürücüler yer alır.Buna ek olarak, diyagramın sol kısmında, tek-bit dönüştürücüleri, sağ kısmında ise çoklu-bit dönüştürücüleri bulunur.

263  Sağ üst bölümde gösterilen, diferansiyel darbe kod modülasyonunda (DPCM), önceki örnek değeriyle uygulamadaki değer arasındaki fark çoklu-bit ikilik kodda ölçülür.PCM sinyalinden, DPCM sinyali üretmek; birbirini takip eden örneklerin çıkarılmasıyla mümkündür, bu ise dijital ayırmadır.  Benzer şekilde bu işlemin terside, alınan farklılıklardan örnek değerleri saymak için, bir akümülatör ya da dijital tamamlayıcı kullanılarak geçekleştirilebilir.Bu yaklaşımdaki sorun, herhangi bir zamanda başlayan sinyalin taban çizgisinin kolaylıkla kaybolabilmesidir.İstenmeyen ofsetleri engellemek için dijital yüksek-geçirgen filtre kullanılabilir.

264  Diferansiyel dönüştürücüler kesin bir genlik limitine sahip değildir.Bunun yerine, girdi sinyal voltajının değişebileceği maksimum hız limiti vardır.Dönme hızı sınırlı olarak adlandırılırlar ve geçerli sinyal genliği her oktav için 6 dB’ye düşer.  Niceleme basamakları hala aynı olduğundan, niceleme hatasının genliği PCM ile aynı limite sahiptir. Girdi frekansı yükselirse, bunu düşürecek bir sinyal genliği sağlanabilir.  Eğer DPCM, sadece ikilik çıktı sinyalinin geçerli olduğu bir duruma getirilirse bu işlem delta modülasyonu olarak tanımlanır.(Şekil 2.27, üstte solda). İkilik çıktı sinyali uygulamadaki analog girdinin, önceki tüm bitlerin toplamlarının altında ya da üstünde olduğunu belirtir.

265  Girdi sinyalinin değişim hızındaki keskin sınırlama dışında, sistemin yapısı DPCM ile aynı yönü izler.  DPCM şifre çözücüsü, PCM çıktısını analoga çevirmek için bütün farklı bitleri birleştirmelidir, fakat 1 bitlik bir sinyalle akümülatörün işlevini analog tamamlayıcı yerine getirebilir.

266 ŞEKİL 2.27 Şekil 2.27 : Burada basit PCM için dört temel alternatif karşılaştırılmıştır. Delta modülasyonu,PCM’in 1 bitlik durumundur ve sinyalin eğimini taşır. İkisinin de dijital çıktısı PCM vermek üzere tamamlanmış olabilir.sigma-delta,Sigma-DPCM’nin 1 bit durumudur.

267  Eğer delta modülatöre girdi içinde bir tamamlayıcı yerleştirilirse, tamamlayıcı genliğinin tepkisi, her oktav için 6 dB çevirici genliği limitine paralel olarak, her oktav için 6 dB’lik bir kayıptır; böylece sistem genliği limiti frekanstan bağımsız hale gelir.Matematikte sigma, toplamı simgelediğinden, sigma- delta terimi tamamlayıcıdan kaynaklanır.  Girdi tamamlayıcısı, delta modülatörde önceden bulunan tamamlayıcıyla bileşenlerin yeniden düzenlenmesiyle birleştirilebilir.(Şekil 2.27 solda altta ).

268  İletilen sinyal artık girdinin genliğini oluşturur, eğimi tanımlamaz, böylece tamamlayıcıdan vazgeçilebilir ve DAC’den sonra gerekli olan tek şey ; bitleri düzleştirmek için bir LPF’dir.  Şifre çözücüde tamamlayıcı basamağın ortadan kaldırılması, ölçüm hatası genliğinin her oktav için 6 dB’ye yükselmesi anlamına gelir ki bu da istenilen sinyal seviyesine denk düşer.

269  Girdi tamamlayıcısı kullanımı gerçek DPCM sistemine de uygulanabilir, sonuç belki de sigma DPCM olarak adlandırılabilir.(Şekil 2.27 sağ altta).  Delta-sigma modülasyonu üzerinden dinamik dizin gelişimi, koddaki her ekstra bit için 6 dB ‘dir.  Niceleme hatası sinyal seviyesi hem delta-sigma modülasyonu hem de sigma DPCM sistemlerinde her oktav için 6 dB yükseldiğinden, bu sistemler bazen ‘gürültü-şekillendirici’ dönüştürücüler olarak ifade edilirler, yine de ‘gürültü’ sözcüğü kullanımına dikkat edilmelidir. Sigma DPCM sisteminin çıktısı yine PCM ‘dir, ve bu çıktıyı almak için ikilik bir kod olan DAC gereklidir.

270  Sistemlerin diferansiyel grupları, frekansın yükselmesiyle, istenen ve istenmedik sinyallerin çakışmasından zarar göreceğinden, yüksek örnekleme hızları kullanılmalıdır.  Örnekleme hızının dijital olarak azaltılmasıyla sigma DPCM nin geleneksel PCM ye dönüştürülmesi mümkündür.  Örnekleme hızı bu yolla azaltıldığında, bant genişliğinin azalması gürültünün orantısız bir miktarının kabul edilmesine yol açar, bunun nedeni ise gürültü şekillendiricinin gürültü genişliğini ses bandının ötesindeki frekanslara odaklamasıdır.

271 2.17 Üstün Modelleme  Üstün modelleme, Nyquist hızından daha büyük bir örnekleme hızı kullanılması anlamını taşır.  Ne örnekleme teorisi ne de ölçme teorisi, üstün modellemenin sinyal kalitesinin elde edilmesinde kullanılmasını gerektirmez, ancak Nyquist hızlı dönüştürme, dönüştürücü kullanıldığında bileşen hassasiyetlerinin yüksek olmasını gerektirir.  Üstün modelleme, çok yakın tolerans gerektirmeden verilen sinyal kalitesine ulaşımı sağlar.Üstün modelleme, tek başına kullanılacağı gibi, bir gürültü şekillendiriciyle kullanıldığında avantajları daha iyi anlaşılır.Nitekim, iki işlem genellikle birlikte kullanılır.

272 ŞEKİL 2.28 Şekil 2.28 : Üstün modellemenin bir dizi avantajı vardır. (a)’da analog filtrelerin eğimlerinin rahatlamasına izin veriyor. (b)’de dönüştürücülerin çözülmelerinin artmasına izin veriyor.(c)’de gürültü şeklinde bir dönüştürücü,çözülmede orantısız bir düzelmeye izin veriyor.

273  Üstün modellemenin ayrıntılı ve nicel analizi için, iyi bir okuyucu, kaynak olarak Hauser’e başvurabilir.  Şekil 2.28, Üstün modellemenin başlıca avantajlarını gösteriyor.(a)’da; Nyquist hızının üzerinde bir örnekleme hızı kullanmak, pürüzlerin giderilmesini ve yeniden- yapım filtrelerinin daha yumuşak bir eğimle fark edilmesini sağlar.  Böylece ses geçiş bandındaki faz doğrusallığı ve ufak dalgalanma problemlerinin oluşma olasılığı azalmış olur.

274  Şekil 2.28 (b),bir analog sinyaldeki bilginin, bant genişliği ve doğrusal sinyal- gürültü oranının sonucuyla oluşan iki boyutlu bir alan olarak tanımlanabileceğini gösterir.  Şekil aynı zamanda, aynı miktardaki bilginin, eğer bant genişliği iki kat artırılırsa, yarısı kadar (6 dB daha az) SNR kullanımıyla,bant genişliği dört kat artırıldığında 12 dB daha az SNR’la,uygun modülasyon şeması sağlandığında, kanala iletilebileceğini gösterir.  Analog sinyaldeki bilgi, herhangi bir SNR bant genişliği kombinasyonunda, analog modülasyon şeması kullanılarak iletilebilir bu da uygun kanal kapasitesine yol açar.

275  Eğer bant genişliği örnekleme hızıyla, SNR ise kelime uzunluğu fonksiyonuyla yer değiştirirse aynı işlem sayısal analogdan farklı olmayan dijital sinyal için de geçerlidir.Sonuçta, örnekleme hızını artırmak, her örneğin kelime uzunluğunun, bilgi kaybı olmadan kısaltılmasını sağlar.  Üstün modelleme, flaşlı dönüştürücü kullanarak, daha kısa kelime uzunluğuna sahip çevirici element kullanımına izin verir. Flaşlı dönüştürücü çok yüksek frekanslarda çalışabildiğinden geniş üstün modellemenin etkileri kolaylıkla fark edilir.Yapısı şekil 2.27’de verilen sigma DPCM dönüştürücü, flaşlı dönüştürücü elemanıyla fark edilirse, yüksek üstün modelleme faktörü ile kullanılabilir.

276  Şekil 2.28(c) bu türde bir dönüştürücünün yükselen gürültü zeminine sahip olduğunu gösteriyor.Eğer yüksek oranda üstün modelleme işlemi uygulanmış çıktı, Nyquist hız örnekleme de kullanılan analog pürüz giderici filtre ile aynı frekans tepkisine sahip olan, dijital zayıf- geçirgen bir filtreye gönderilirse, gürültünün orantısız azalmasıyla sonuçlanır çünkü gürültünün büyük kısmı ses bandının dışındadır.Bu teknolojiyle, ulaşılması zor bileşik toleranslarına gerek kalmadan, yüksek-çözünürlükte bir dönüştürücü elde edilebilir.  Bilgi teorisinin tahminine göre; eğer ses sinyali daha geniş bir bant genişliğine yayılırsa, örneğin;FM radyo yayını ileticileri gibi, modüle edilmemiş sinyalin SNR’ ı geçtiği kanaldan daha yüksek olabilir, bu aynı zamanda dijital sistemler için de geçerli bir durumdur.

277  Bu kavram şekil 2.29’da açıklanıyor.  (a) ; 4 bit örnekler, örnekleme hızı de iletilir. 4 bitin 16 kombinasyonu olduğundan, bilgi hızı 16’dır.  (b); aynı bilgi hızı, 3 bit örneklerle, örnekleme hızını 2’e yükselterek elde edilir.  (c); 4 kombinasyonu olan 2 bit örnekler iletim için 4 hızını gerektirir.

278 ŞEKİL 2.29 Şekil 2.29 : Frekans;her kelimeden bir bit eksilterek iki katına çıkartıldığında içerik oranı sabit tutulabilir. Buradaki bütün durumlarda bu oran 16F’dir. (c)’deki bit oranının (a)’dakinin iki katı olduğuna dikkat ediniz. Üstün modelleme formundaki veri saklama yapısı verimsizdir.

279 ŞEKİL 2.30 Şekil 2.30: Her bit için içerik miktarı, kelime uzunluğunun artmasıyla ters orantılı olarak artar.En düşük kelime oranında;mümkün olan en uzun kelimeleri kullanmak her zaman daha verimlidir. 16 bitlik PCM’in veriminin delta modülasyonununkinin 2048 katı olduğu açıktır. Üstün modellenmiş veriler saklamak için de uygun değildirler.

280  Bilgi hızının sabit olması sağlandığında, (c) deki bit hızının (a)‘dakinin iki katı olduğu görülür.Bunun nedeni şekil 2.30’da gösteriliyor.  Tek ikilik basamağın sadece iki durumu olabilir;bu şekilde iki parça bilgi iletilebilir, örnek; ‘evet’ ya da ‘hayır’.İki ikilik basamak birlikte dört duruma sahip olabilir ve böylece dört parça bilgi iletilir; örnek; ‘ilkbahar, yaz, sonbahar, kış’, bu her bit için iki parça demektir.  Birlikte gruplanmış üç ikilik basamak için sekiz kombinasyon vardır; Örnek; ‘do, re, mi, fa, sol, la, si ya da do’ bu neredeyse her basamak için üç parça bilgi demektir. Bu ilke genişletilirse daha fazla avantaj elde edilebileceği açıktır.

281  16 bit’lik sistemde, her bit 4K parça bilgiye denktir. Bilgi –kapasite terimlerinde, uzun ikilik kelimelerin kombinasyonunu kullanmak, her parça bilgi için tek bit göndermekten daha verimlidir.En yüksek verim, en uzun kelimeler, en yavaş Nyquist hızla gönderildiğinde elde edilir.  Bu PCM kayıtın,dönüştürücü türü basitliği olan delta modülasyonundan daha yaygın olmasının sebeplerinden biridir. Kısaca PCM ikilik kanal kapasitesinin daha verimli bir şekilde kullanılmasını sağlar.

282 ŞEKİL 2.31 Şekil 2.31 : Dönüştürücülerde üstün modelleme kullanan bir kaydedici,analog anti-aliasingin ve yeniden yapılandırma filtrelerinin eksikliklerinin üstesinden gelir ve dönüştürücü elemanlarının yapılandırılmasının daha kolay olmasını sağlar. Kayıt,bant tüketimini en aza indirgeyen Nyquist hızlı PCM ile yapılır.

283  Sonuç olarak,üstün modelleme,uygulamada özel avantajlar sunan dönüştürme teknolojisinde sınırlanmıştır. Depolama veya iletim sistemi genelde örnekleme oranının ses bandı genişliğinin iki katından biraz daha büyük olan PCM i kullanır.  Şekil 2.31,RDAT gibi üstün modelleme çeviricileri kullanan dijital ses kayıt bandını göstermektedir. ADC,Nyquist hızından n kat daha hızlıdır,ancak dijital alanda hız,desimatör denilen bir tür dijital filtre ile azaltılmalıdır.  Sonradan kaydedilen bant formatına göre bunun çıktı sonucu dönüştürücü Nyquist hızlı PCM dir.Dijital filtrenin daha gelişmiş bir türü olan interpolatör de ise örnekleme oranı bir kez daha arttırılır.

284  Bu durumda sistem iki açıdan en iyi koşullara sahip olur.Dönüştürücülerde üstün modelleme kullanmak,analog pürüzlerini ve yeniden oluşum filtrelerindeki eksiklikleri giderir ayrıca dönüştürücü elemanlarının kelime uzunluğunu kısaltarak,oluşumlarını kolaylaştırır.  Kaydın Nyquist hızlı PCM’le yapılması ise manyetik ses bandı tüketimini azaltır.Dijital sistem filtrelerinde frekans tepkisi örnekleme oranı ile orantılıdır.  Eğer dijital bir kayıt cihazı hızı düşürülerek çalınırsa,dijital filtrenin tepkisi de otomatik olarak azalacak ve yansımaların (image) yeniden yapım işlemini geçmesi engellenecektir. Üstün modelleme evrenselleştirilirse,48kHz modelleme hızına gerek duyulmayacaktır.

285  Üstün modelleme,pratik uygulamadaki problemleri,kritik olan bir elemanı belli sayıdaki elemanlarla yer değiştirerek,ortadan kaldıran bir metottur.  Hauser’in gözlemlediği gibi,üstün modelleme;geleneksel dönüştürücüdeki birbirinden farklı işlemleri çakıştırma eğilimindedir.  Bu bölümün önceki kesimlerinde önemli konular olan;filtreleme,modelleme,ölçme ve titreşim birbirinden bağımsız olarak ele alınmışlardır.

286 ŞEKİL 2.32 Şekil 2.32 : Geleneksel bir ADC,her basamağı (a)’daki gibi tespit edilmiş bir yere koyar. Üstün modellemeyle,basamakların çoğu (b)’de gösterildiği gibi dağıtılmıştır.

287  Şekil 2.32 (a);Uygun bir pürüz giderici filtre,modelleyici,titreşim kaynağı ve niceleyiciyi birer bina tuğlası gibi birleştirerek bir ADC oluşturulabileceğini gösteriyor.  Tuğlalar birbirine seri bağlanmıştır böylece her basamağın performansı,bütün performansı sınırlar.  Buna karşın şekil 2.32 (b) de üstün modellemede işlemlerin çakışması,farklı aşamaların birbirini genişleterek,bir sinerji oluşturmasına yol açar;geleneksel yaklaşımda eksik olan kısım budur.

288  Eğer üstün modelleme çarpanı n olarak alınırsa,analog girdinin bant genişliği analog pürüz alınırsa,analog girdinin bant genişliği analog pürüz giderici filtre ile ‘de sınırlandırılır. giderici filtre ile ‘de sınırlandırılır.  Bu birim sadece ses bandındaki düz frekans tepkisine ve faz doğrusallığına gerek duyar.Niceleme aralığı boyutuyla uyumlu olan analog titreşim genliği, ‘deki modellemeye uyumlu olan analog titreşim genliği, ‘deki modellemeye ve nicelemeye daha önceden eklenir. ve nicelemeye daha önceden eklenir.

289  Daha sonra,pürüz giderici fonksiyon ‘de kesilen (çalışmayan) bir düşük ‘de kesilen (çalışmayan) bir düşük geçirgenlikli filtreyle dijital alanda tamamlanır. geçirgenlikli filtreyle dijital alanda tamamlanır.  Uygun bir yapılanmayla bu filtre doğrusal fazda bulunabilir ve uygulamada kesinliğe sahip olabilir.

290  4.Konuda bu tür filtreler üzerinde durulmuştu. Filtre;SNR ın bant genişliğinin azaltılmasıyla devreye girdiği Şekil 2.28 için demodülatör olarak düşünülebilir.  Kelime uzunluğunun artması beklenir. 3.konuda da değinildiği gibi,filtrede gerçekleşen çoğaltmalar;kelime uzunluğunu,bant genişliği azaltılmasının tek başına genişletebileceğinden daha fazla genişletir.  Analog filtre sadece ses bandındaki pürüzlenmeyi engellemek için,üstün modelleme oranında kullanılır. Ses spektrumu dijital filtre ile ses bilgi spektrumu daha büyük kesinlikle saptanır. Nyquist sınırlıdır.modelleme işlemi desimatördeki hız azaltıldığında tamamlanır; n deki bir model elenmiş olur.

291  Pürüz giderici filtre aritmetiğinden kaynaklanan,kelime uzunluğu genişletilmesinin fazlası ortadan kaldırılmalıdır.  Dijital titreşim eklenir böylece titreşim işlemi tamamlanır. İlk ölçümün kelime uzunluğundan büyük olan uygun kelime uzunluğuna titreşimlendirilmiş modellerin yeniden ölçülmesiyle ölçme işlemi tamamlanır.  Alternatif olarak ses şekillendirici de kullanılabilir.

292  Şekil 2.33 (a) da geleneksel DAC lerin tuğla inşası yaklaşımını gösteriliyor. Nyquist hızlı modeller analog voltajlara çevrilir ve arkasından modellenen spektrumun kenar bantlarının atılması için dik kesimli,analog,düşük geçirgenlikli bir filtre gerekir.  Şekil 2.33 (b) üstün modelleme yaklaşımını;taban bandı spektrumu gösterilen,ses bant genişliğini sınırlayan,düşük geçirgenlikte filtre içeren model yardımıyla göstermektedir. Bu durumda taban bandı ve düşük kenar bandı arasında geniş frekans boşluğu oluşmuştur.

293  İnterpolatördeki çarpımlar kelime uzunluğunu belirgin bir şekilde genişletir ve bu DAC kapasitesi dahilinde,dijital titreşimin yeniden ölçülmesinden önce eklenmesiyle azaltılmalıdır.  Burada da alternatif olarak ses şekillendiriciler kullanılabilir.

294 ŞEKİL 2.33 Şekil 2.33 : (a)’daki geleneksel DAC,(b)’deki üstün modelleme yürütmesi ile karşılaştırılmıştır.

295 2.18 Ses Şekillendirici  Gerekli olan çözünme genişliğini elde edebilmek için çok geniş üstün modelleme faktörleri gereklidir,yine de bazı avantajları vardır,özellikle dik kesimli analog filtresinin engellenmesinde avantaj sağlar.  Yüksek çözünürlüklü(çözülümlü) dönüştürücüleri oluşturmak için diğer bütün parametreler sinyal bant genişliğinin gerektirdiği ölçüde sabitlendiğinden, geriye kalan tek yol,sesin daha geniş bir faktörle bölünmesidir.  Bant genişliğinin azaltılmasından kaynaklanan ses gücü düşüşü,sadece ses beyazsa;yani sabit gücün spektral yoğunluğu (PSD) varsa orantılıdır.eğer ölçerden gelen sesin spektral olarak sabitliği bozulursa,üstün modelleme faktörü artık sesin gücünü azaltamayacaktır.

296  Burada amaç ;ses gücünün yüksek frekanslara odaklanmasıdır böylece düşük geçirgenlikli filtrelemeyle;dijital alandan ses girdisi bant genişliğine doğru olan ses,üstün modelleme etkisiyle olduğundan daha çok azaltılacaktır.  Ses şekillendirme, Cutler’in 1950’lerdeki çalışmasıyla başlamıştır. Ölçerlerde ve yeniden niceleyicilerde uygulanabilen geri iletim tekniğidir ve bu teknikte niceleme işlemi sırasında, uygulamadaki örnek,bir önceki örneğin niceleme hatalarıyla yeniden şekillendirilir.  Yeniden nicelemeyle kullanıldığında,ses şekillendirme bütünüyle dijital bir işlemdir,örneğin dijital karıştırıcı yada filtrelerdeki aritmetikten kaynaklanan kelime genişliğini gerekli kelime uzunluğuna dönüştürmek için kullanılır.

297  Bu haliyle üstün modelleme DAC lerde bulunur. Nicelemeyle kullanıldığında,ses şekillendirici devrenin bir kısmı analog olacaktır.  Geri iletim döngüsü ADC etrafına yerleştirildiğinde,DAC içermelidir. Dönüştürücülerde kullanıldığında,ses şekillendirici birincil uygulama teknolojisidir.  Ses dönüştürülmesinde kullanılan tamamlayıcı devre işlemlerine rahatlıkla uygulanabilir. Tamamlayıcı devre işletildiğinde,karmaşıklık engeli sona erecek ve ucuz maliyetli üretim gerçekleştirilecektir.

298  Bu konunun başından beri vurgulandığı üzere,sayısal değerler yada örnekler serisi ses dalga formu için başka bir analogdur. Karıştırma,azaltma ve tamamlama gibi analog işlemlerin hepsi sayısal paralellikler içerir.  Dijital olarak titreşilmenmiş yeniden ölçümün,artık analog ölçümün dijital taklidinden başka bir şey olmadığı gösterilmektedir. Bu bölümde ses şekillendirmeye de bu şekilde yaklaşılacaktır.  Ses şekillendirme,analog voltajların veya onları simgeleyen sayıların ya da her ikisinin birden başarılı uygulamalarıyla uygulanabilir.Eğer okuyucu ikisi arasında kavramsal bir bağlantı kurabilirse,birçok anlama engeli sadece bu başlık için değil,dijital sesin geneli için ortadan kaldırılır.

299  Ses şekillendirme terimi,deyimseldir ve bazı durumlarda,ses şekillendirici olarak adlandırılan bütün aletler doğru sesi üretmediğinden yetersizdir.  Ölçme hatasına ses gibi davranıldığında verilen uyarı da bu koşul altında uygundur. Ölçüm hatası spektrumu şekillendirmesi,bir bütünün küçük bir parçasıyken,ses şekillendiricinin bazı tuzakları ortadan kaldırmak için kullanıldığı unutulmamalıdır.

300  Girdi,Şekil 2.34 (a) ses şekillendirmenin basit bir formunu kullanan yeniden niceleyiciyi gösterir.  Yeniden niceleme sırasında kaybolan düşük sıralı bitler niceleme hatasıdır. Eğer bu bit değerleri,yeniden ölçümden önce bir sonraki modele eklenirse,niceleme hatası azaltılmış olur.  İşlem,bir yönüyle işlemci amflikatördeki negatif geri iletime benzerlik gösterir;fakat anlık değildir,ancak bir model gecikmesiyle karşılaşır. Sabit bir girdiyle,orta ya da ortalama niceleme hatası,bir dizi model üzerinde sıfıra getirilir,böylece eklenebilir titreşimin amaçlarından biri gerçekleştirilmiş olur. ne kadar hızlı değişirse,gecikmenin etkisi de o oranda artar ve hatta geri iletimin etkisi azalır.

301  Şekil 2.34 (b);yeniden ölçücüde oluşturulan ve bir model periyodu sonrasında kendisinden çıkarılan,niceleme hatası tarafından görülen denk bir devreyi göstermektedir.  Sonuç olarak; niceleme hatası spektrumu sabit değildir,fakat artan sinüs dalgasının şekline sahiptir; (c) de gösterilmiştir; bu da ses şekillendirici terimini açıklamaktadır.  DC deki ses çok düşüktür ve frekansla artar,Nyquist frekansında,ölçme basamağının boyutuyla belirlenen seviyede doruk noktasına ulaşır. Eğer üstün modelleme ile birlikte kullanılırsa;sesin tepe değeri ses bandının dışına taşınabilir.

302  Şekil 2.35,iki düşük sıralı bitin har modelden ayrıştırılmasının gerekliliğini basit bir örnekle göstermektedir. Toplanmış hata,kısaltma işleminde ihmal edilen bitlerin kullanımıyla ve bunların bir sonraki örneğe eklenmesiyle kontrol edilir.  Bu örnekte;sabit bir girdiyle,sayı yuvarlama mekanizması ; … çıktısını verir. Eğer düşük geçirgenlikli bir filtre kullanılırsa, üç tane bir ve bir tane sıfır,ölçüm aralığının üç çeyrek seviyesinde sonuçlanır,bu seviye bütün dijital girdinin doğrudan çevirimi ile sağlanır.  Sonuçta,2 bit uzaklaştırıldığı halde çözülüm sağlanır.

303  Ses şekillendirme tekniği ilk kez,birici jenerasyon Philips CD Player da,üstün modelleme faktörü 4 alınarak kullanılmıştır.  Diskten 16 bit PCM’le başlanırsa;4X üstün modelleme, kelime uzunluğu uygun şekilde azaltıldığında 14-bit ideal dönüştürücü kullanımına izin veren bir teori olur.  Kullanılan üstün modelleme DAC sistemi şekil 2.36 da gösterilmektedir. İnterpolatör aritmetiği kelime uzunluğunu 28 bite genişletebilir ve şekil 2.24 teki hata geri iletimi döngüleri kullanılarak 14 bite düşürülebilir.  Ses zemini,ses bandı köşesine doğru biraz yükselir,fakat geleneksel 16 bit DAC nin ses seviyesinin altında kalır.

304 ŞEKİL 2.34 Şekil 2.34 : (a) Alt sıralı modellerin hatasını azaltmak için,niceleme hatsını geri besleyen basit bir yeniden niceleyici. Tek model gecikmesi,(b)’de gösterilen; (c)’deki sinüzoidal niceleme hatası tayfıyla sonuçlanan,eşdeğer devrede niceleme hatası oluşmasına neden olur.

305 ŞEKİL 2.35 Şekil 2.35 : Hata ekleme ile neden olunan,bir sonraki değerin kısaltılmasıyla;kaybedilen bitlerin çözülmesi,çıktının görevli döngüsünde korunur. Burada 011’in 2 bit ile kısaltılması sürekli olarak sıfır verecektir. Ama sistem 0111,0111’i tekrarlar,filtrelemeden sonra bir bitin üç çeyreği kadar olan bir seviye üretecektir.

306 ŞEKİL 2.36 Şekil 2.36: Birinci nesil Philips CD çalarların gürültü şekillendirme sistemi.

307  14 bitlik örnekler,dinamik eleman karşılaştırmalı olarak DAC ye sürülürler. DAC deki aralık etkisi,30kHz altında 3dB tepkisi olan üçüncü sıra Bessel filtresi ile bağlantılı yeniden üretim filtresi tepkisinin bir bölümünde kullanılır.  Aralık etkisinin ses geçiş bandı içinde eşitlenmesi,üstün modellenmiş veri üreten dijital filtreye artan tepkiler verilerek sağlanır.  Yeniden üretim filtresinin bir bölümünde dijital interpolatör kullanılması çok iyi bir faz doğrusallığına sebep olur.

308  Ses şekillendirme,üstün modelleme olmadan da kullanılabilir. Bu durumda ses,ses bandı dışına itilemez.  Bunun yerine kulağın sese karşı eşit olmayan spektral hassaslığını tamamlamak için ses zemini şekillendirilir veya tartılır.  Shannon’un teorisinin ihlal edilmesi istenmese de;bu psiko-akustik olarak uygun ses şekillendirme ses gücünü sadece belirli frekanslarda azaltabilir,diğerlerinde arttırır.  Böylece ses bandı üzerindeki ortalama logPSD aynı kalır,ancak ses indüklenmesiyle çok küçük artışlar olabilir.

309  Şekil 2.36,ses şekillendirilmesinin dijital olarak titreşimlendirilmiş yeniden ölçücüye uygulanmasını göstermektedir.  Böyle bir alet,örnek olarak 20 bit kayıt formatından orijinal CD yapımında kullanılabilir.  Titreşimlendirilmiş yeniden niceleyicide girdi,yeniden niceleme hatasını bulmak için, çıktıdan çıkarılır. Sistem girdisinden çıkarılmadan önce,hata filtrelenir ve kaçınılmaz olarak gecikir.

310  Filtre,fark edilir ağırlıklı eğrinin tam tersi olarak tasarlanmamıştır çünkü bu bant sonunda çok yüksek ses seviyelerine yol açabilirdi.  Fark edilebilir eğri aynı yükseklikte sabitlenmiştir,örneğin tepe değerin 40dB altına düşemez.  Psiko-akustik olarak uygun ses şekillendirme,uygun spektral düzlükte olan titreşimle karşılaştırıldığında yaklaşık 3 bit arttırılmış dinamik dizin sunabilir.  Bu teknikle kaydedilmiş,çoğaltılmış kompakt diskler günümüzde elde edilebilmektedir.

311 Bitlik DAC (Dijitalden Analoga Dönüştürücü)  1 bitlik DAC de dalga formunun basitçe dijital girdi dalga formuyla aynı olduğu düşünülebilir. Pratikte durum böyle değildir.  Girdi sinyalinin doğru alınması için ikilik değerinden kaynaklı bir başlangıç değerinin altında ya da üstünde olması gerekir. Girdi,çeşitli dalga formu bozuklukları ve görev devir ofsetleri içerebilir.  Darbe altındaki alan çok büyük oranda değişir. DAC çıktısında,genlik son derece kesin olmalıdır. 1 bitlik DAC sadece girdiden gelen ikilik bilgiyi kullanır,fakat zamanlama kesinliği sağlamak için yeniden ayarlanır ve kesin seviyeler üretmek için referans voltaj kullanır.

312  Böylece üretilen darbe alanı sabitlenmiş olur.  Analog ses üretiminin daha açık uygulamalarında olduğu gibi,bir bitlik DAC ler ses şekillendirici ADC’lerde bulunacaktır.  Şekil 2.37 (a),MOS alan etkisi bağlantıları ve bir çift kapasitör yerleştirilmiş 1 bitlik DAC yi göstermektedir.

313 ŞEKİL 2.37 Şekil 2.37 : (a)’da 1 bitlik DAC’nin işlemi anahtarlı kapasitöre bağlıdır. Anahtar dalga formları (b)’de gösterilmiştir.

314  Yük kuantumlar tarafından,bağlantılı kapasitör etkisiyle tamamlayıcı gibi tasarlanmış,sanal,toprak amplifikatör içine veya dışına sürülür.  Şekil 2.37 (b) birleştirilmiş dalga formlarını gösterir. Her verinin bit periyodu;saatin yüksek olduğu ve düşük olduğu kısım olarak iki eşit kısma ayrılır.  Bit periyodun ilk yarısı süresince,veri bit 1 ise,P+ darbe üretilir;veri bit 0 ise,P- darbe üretilir. Referans girdi,temiz voltajdır ve gereken artışa denktir.

315  C1,her döngünün ikinci yarısı süresince tamamlayıcı saatten sürülen anahtarlarla deşarj edilir.  Bir sonraki bit 1 ise,saatin sonraki yüksek periyodu süresince kapasitör,referans ve sanal toprak arasında bağlanır.  Kapasitör şarj edilene kadar akım sanal toprağa akacaktır. Eğer sonraki bit 1 değilse,akım C1 üzerinden toprağa akacaktır.

316  C2, her döngünün ikinci yarısı süresince tamamlayıcı saatten sürülen anahtarlarla,referans voltaja şarj edilir.  Saatin sonraki yüksek periyodunda C2’nin referans ucu topraklanır,böylece op-amp ucu,negatif referans voltaj sayacaktır. Sonraki bit 0 ise ve kapasitör deşarj edilmeyecekse bu negatif referans sanal toprağa bağlanır.  Böylece saatin her döngüsünde,yükün bir kuantumu ya C1 tarafından tamamlayıcının içine ya da C2 tarafından tamamlayıcının dışına pompalanır. Analog çıktı bu sebeple net olarak birlerin sıfırlara oranını yansıtmaktadır.

317 2.20 Bir Bitlik Ses Şekillendirici ADC ‘ler  Sigma DPCM dönüştürücünün,DAC kesinlik sınırlamasının üstesinden gelmek için,1 bitlik iç çözülüme sahip sigma-delta dönüştürücü kullanılabilir.  1 bitlik DAC,transfer fonksiyonunda sadece iki nokta tanımlandığından,doğrusal olmaması mümkün değildir.  Ancak,DC ofset ve kazanç hatası gibi ses için çok zararı bulunmayan eksiklikleri de içerir. 1 bitlik ADC karşılaştırıcıdır.

318  Sigma-Delta dönüştürücü sadece 1 bitlik bir cihaz olduğundan,ses için yeterli derecede iyi SNR elde etmek için,yüksek üstün modelleme faktörü ve yüksek işleyişli ses şekillendirme kullanılmalıdır.  Desimatördeki sayımın zorluğundan kaynaklanan üstün modelleme çarpanı, dönüştürücü teknolojisiyle çok fazla sınırlanamaz.  Sigma-Delta dönüştürücünün avantajı,filtre girdisi kelimelerinin 1 bit uzunluğunda olmasıdır bu ise filtrenin tasarımını kolaylaştırır ve çarpımlar sabitlerin seçimine bağlı olarak yer değiştirebilir.

319  Düğümlerin geleneksel analizi,1 bit durumunda şiddetlice düşer. Özellikle;karşılaştırıcı kazancını ölçmek zordur ve düğüm doğrusal değildir. Doğrusal düğüm modeli kullanmak için niceleme hatasını;toplanabilir beyaz ses olarak düşünmek daha iyi sonuçlar verebilir.  Karşılaştırılabilecek kesin bir matematiksel model bulunamadığından,gelişim deneysel yolla;dinleme testleri ile ve simülasyon (taklit) kullanılmasıyla,sağlanır.  Tek-bit sigma delta dönüştürücüler,uygun olmayan modellere yatkındırlar. Çünkü voltaj alanındaki düşük çözünürlüklü zaman alanındaki hatayı engellemek için daha çok bit gerektirirler.

320  Açıkça, uygun olmayan model periyodu uzadıkça;hatanın ses bandına hoş olmayan bir ıslık ya da kuş sesine benzer bir ses olarak girme olasılığı artar. Eşik etkisi ya da kullanım dışı olmuş manyetik ses bandı etkisi göstererek,çıktının girdi değişimine belirli seviyelerde tepki göstermesini engeller.  Filtre işleyişi ve yerleştirilmiş DAC nin kelime uzunluğuyla bu problem ortadan kaldırılır. Ancak,ikinci ve üçüncü sıralı geri iletim döngüleri hala sesli uygun olmayan modellere ve eşik etkisine eğimlidir.  Sigma-delta dönüştürücülerini doğrusallaştırmak için geleneksel bir yaklaşım titreşim kullanımıdır.

321 ŞEKİL 2.38 Şekil 2.38 : 3.dereceden bir sigma-delta modülatörü anahtarlanmış bir kapasitör düğüm filtresi kullanıyor

322  Geleneksel niceleyicilerden farklı olarak titreşim,manyetik ses bandı dışındaki frekansları kullanmıştır.  Karesel dalga titreşimi kullanılır ve son çıktının katı olan bir frekans kullanmak avantajlı olur. Böylece harmoniler desimatörün durdurucu bandındaki dalga çukurlarıyla çakışır.  Dönüştürücüyü doğrusallaştırmak için gerekli titreşim seviyesi,dinamik diziyi azaltarak yüksek seviyeli sinyallerin erken kırpılmasına neden olacak yüksekliktedir. Bu sorun,düşük seviyede,bantlı beyaz ses kullanımıyla çözülür.

323  1 bit yaklaşımının avantajlarından biri de DAC’deki kesinlik bileşenlerinin bağlantılı kapasitör ağlarında,kesin zamanlamayla yer değiştirir olmasıdır.  Aynı yaklaşım,döngü filtresi ADC’ye uygulanırken de kullanılabilir. Şekil 2.38,üçüncü sıra sigma-delta modülatörünün Şekil 2.37’de gösterilen prensibe dayanan DAC ile birleşimini göstermektedir.  Döngü filtresi,bağlantılı kapasitörlere de uygulanabilir.

324 2.21 Dönüştürücünün Kalitesini Etkileyen Faktörler  İdeal ADC ve onu takip eden ideal DAC içeren dijital ses sisteminin kalitesi teorik olarak ADC’de belirlenir.  Modelleme hızı,kelime uzunluğu ve gürültü şekillendirici gibi ADC parametreleri,elde edilecek kaliteyi sınırlarlar.  Bunun aksine,DAC’nin kendisi açıktır,çünkü sadece kalitesi önceden analog alanda belirlenmiş verileri çevirir. Başka bir deyişle ADC,sistem kalitesini belirler ve DAC kaliteyi düşürücü bir etkide bulunmaz.

325  Pratikte ADC’ler ve DAC’ler idealden biraz uzaklaşabilirler fakat modern dönüştürücü bileşenleri ve ayrıntılar dikkate alınarak,yüksek olmayan maliyetlerle teorik değerlere yaklaşılabilir.  Eksiklikler,farklı bileşenlerin dönüştürücü çipi gibi yetersizliklerinden ya da yüksek kalitedeki bileşenlerin zayıf sistemlerde çalıştırılıyor olmasından kaynaklanabilir. Sistem tasarımının zayıflığı,dönüştürücü performansını düşürür.  Üstün modelleme, yüksek kalitedeki dönüştürücüleri fark eden güçlü bir teknikken;bunun kullanılması,kalitesi bütün dönüştürme kalitesini etkileyen dijital interpolatöre ve desimatöre dayanır.

326  ADC ve DAC’ler aynı transfer fonksiyonuna sahiptir.  Sadece işlem yönü bakımından ayrılırlar,dolayısıyla olası eksikliklerini sınıflandırmak için aynı terminoloji kullanılabilir.  Şekil 2.29 temel dönüştürücü hatalarından kaynaklanan transfer fonksiyonlarını gösteriyor.

327  (a) Ofset Hatası: Dijital sinyale bir sabit eklenir. Ofset çok kötü olmadığı sürece bunun ses kalitesi üzerinde bir etkisi yoktur. Ancak erken kırpılmaya sebep olabilir. DAC ofseti çok önemli bir sonuca yol açmaz ancak ADC ofsetinin etkisi yüksek olabilir. Eğer ofsetleri farklı iki sinyal arasında yayın yapılırsa,ses darbesine neden olabilir. Ofset hatası, bazen dönüştürücü çıktılarının dijital ortalamaları alınarak,analog girdiye küçük kontrol voltajı olarak eklendiğinde ortadan kaldırılabilir. Buna alternatif olarak, yüksek geçirgenlikli filtre de kullanılabilir. Dijital sinyale bir sabit eklenir. Ofset çok kötü olmadığı sürece bunun ses kalitesi üzerinde bir etkisi yoktur. Ancak erken kırpılmaya sebep olabilir. DAC ofseti çok önemli bir sonuca yol açmaz ancak ADC ofsetinin etkisi yüksek olabilir. Eğer ofsetleri farklı iki sinyal arasında yayın yapılırsa,ses darbesine neden olabilir. Ofset hatası, bazen dönüştürücü çıktılarının dijital ortalamaları alınarak,analog girdiye küçük kontrol voltajı olarak eklendiğinde ortadan kaldırılabilir. Buna alternatif olarak, yüksek geçirgenlikli filtre de kullanılabilir.

328  (b) Kazanç Hatası: Transfer fonksiyonunun eğimi hatalıdır. Dönüştürücüler dizinin bir ucuyla ilgili olduklarından,kazanç hatası ofset hatasına neden olur. Kulak,metre ve kazanç kontrolleri logaritmik olduklarından;kazanç sabitliği dijital ses dönüştürücü için en az önemli olan faktördür. Transfer fonksiyonunun eğimi hatalıdır. Dönüştürücüler dizinin bir ucuyla ilgili olduklarından,kazanç hatası ofset hatasına neden olur. Kulak,metre ve kazanç kontrolleri logaritmik olduklarından;kazanç sabitliği dijital ses dönüştürücü için en az önemli olan faktördür.

329 ŞEKİL 2.39 Şekil 2.39 : Temel dönüştürücü hataları (kalın çizgi) mükemmel transfer doğrularıyla karşılaştırılmıştır. Bu grafikler ADC ve DAC’ler için ele alınmıştır. Eksenler yer değiştirebilir. Eğer bir eksen analog olarak seçilirse,diğeri dijital olacaktır.

330  (c) İntegral Doğrusallığı: Titreşimlendirilmiş transfer fonksiyonunun düz çizgiden sapmasıdır. Analog devrelerdeki doğrusallıkla aynı öneme ve sonuçlara sahiptir,yetersizliğinde harmonik bozulma oluşur. Titreşimlendirilmiş transfer fonksiyonunun düz çizgiden sapmasıdır. Analog devrelerdeki doğrusallıkla aynı öneme ve sonuçlara sahiptir,yetersizliğinde harmonik bozulma oluşur.

331  ( d) Diferansiyel Doğrusal Olmama (Eğrisellik): Bitişik niceleme aralıklarının boyutlarının farklılaştığı düzeydir. Genellikle niceleme aralığının kesri olarak ifade edilir. Ses uygulamalarında,eğrisellik olması zorunludur. Bunun nedeni,ideal bir sistemin; uygun bir titreşim kullanılmasıyla düşük seviyeli sinyal koşullarında doğrusal kalabilir olmasıdır. Düşük seviyeler bulunuyorsa,sadece birkaç niceleme aralığı kullanımda demektir. Eğer boyutları değişirse,şekilde görülen titreşime rağmen,dalga formu bozukluğu oluşacaktır. Gürültü şekillendirici kullanarak,dönüştürücülerin öznel kalitelerini arttırmak benzer eksiklikleri açığa çıkaracaktır. Bitişik niceleme aralıklarının boyutlarının farklılaştığı düzeydir. Genellikle niceleme aralığının kesri olarak ifade edilir. Ses uygulamalarında,eğrisellik olması zorunludur. Bunun nedeni,ideal bir sistemin; uygun bir titreşim kullanılmasıyla düşük seviyeli sinyal koşullarında doğrusal kalabilir olmasıdır. Düşük seviyeler bulunuyorsa,sadece birkaç niceleme aralığı kullanımda demektir. Eğer boyutları değişirse,şekilde görülen titreşime rağmen,dalga formu bozukluğu oluşacaktır. Gürültü şekillendirici kullanarak,dönüştürücülerin öznel kalitelerini arttırmak benzer eksiklikleri açığa çıkaracaktır.

332  (e) Monotonluk: Diferansiyel doğrusal olmamanın özel bir halidir. Monoton olmama,girdideki artışın çıktıyı arttırmadığı anlamına gelir. Şekil 2.40 bu durumun DAC’de nasıl gerçekleştiğinin gösterir (127 ondalık)’lık dönüştürücü girdi koduyla,dönüştürücünün düşük sıralı yedi akım kaynağı çalışacaktır. Sadece sekiz akım kaynağı çalışıyorken, bir sonraki kod (128 ondalık) olur. Eğer sağlanan akım düşük kısımda hatalıysa,128 için gerekli olan analog çıktı 1272dekinden daha azdır. ADC’de monoton olmama,kod kaybına neden olabilir. Bunun anlamı,belirli ikilik kombinasyonlar,dizinde,herhangi bir analog voltaj tarafından üretilemiyor demektir. Eğer bir alet ’dan daha iyi bir doğrusallığı sahipse monotondur. 1 bitlik dönüştürücünün monoton olmaması mümkün değildir. Diferansiyel doğrusal olmamanın özel bir halidir. Monoton olmama,girdideki artışın çıktıyı arttırmadığı anlamına gelir. Şekil 2.40 bu durumun DAC’de nasıl gerçekleştiğinin gösterir (127 ondalık)’lık dönüştürücü girdi koduyla,dönüştürücünün düşük sıralı yedi akım kaynağı çalışacaktır. Sadece sekiz akım kaynağı çalışıyorken, bir sonraki kod (128 ondalık) olur. Eğer sağlanan akım düşük kısımda hatalıysa,128 için gerekli olan analog çıktı 1272dekinden daha azdır. ADC’de monoton olmama,kod kaybına neden olabilir. Bunun anlamı,belirli ikilik kombinasyonlar,dizinde,herhangi bir analog voltaj tarafından üretilemiyor demektir. Eğer bir alet ’dan daha iyi bir doğrusallığı sahipse monotondur. 1 bitlik dönüştürücünün monoton olmaması mümkün değildir.

333 ŞEKİL 2.40 Şekil 2.40 : (a) DAC’nin girdili eş değerdeki devresi. (b) girdili DAC. Daha büyük bir taşma üzerinde,burada ’dan ’a,geçerli olan bir kaynak (128I) kesin olarak bütün düşük dereceli kaynakların toplamının I fazlası olmalıdır. Eğer 128I,gerekli olan değerden küçükse (c)’de gösterilen sonuç ortaya çıkacaktır. Bu monoton olmamadır.

334  (f) Mutlak Hassasiyet: Verilen girdi için gerçek ve ideal çıktılar arasındaki farktır. Ses için doğrusallıktan daha az öneme sahiptir. Örneğin;eğer dönüştürücüdeki bütün akım kaynakları iyi bir ısı hattına sahipse,mutlak hassasiyette kaymalar olabileceği halde,doğrusallık sağlanmış olur. Verilen girdi için gerçek ve ideal çıktılar arasındaki farktır. Ses için doğrusallıktan daha az öneme sahiptir. Örneğin;eğer dönüştürücüdeki bütün akım kaynakları iyi bir ısı hattına sahipse,mutlak hassasiyette kaymalar olabileceği halde,doğrusallık sağlanmış olur.

335  Bölüm 2. 8’de gösterildiği gibi,jitterden bağımsız saatler,dönüştürücüler için önemli bir gerekliliktir. Saat jitterinin etkisi,modelleme hızından daha çok ses sinyalinin dönme hızıyla orantılıdır.  Sonuç olarak üstün modelleme dönüştürücüleri jittere geleneksel dönüştürücülerden daha fazla eğimli değildirler.  Saat jitteri küçük modülasyon içerikli frekans modülasyonunun bir biçimidir. Kavisli jitter işitilebilir yan bantları üretir. Rastlantısal jitter,gürültü tabanını yükseltir.

336  Bu ses tehlikeli değildir ama yine de katlanılması zordur. Saat jitterinin oluşturulması kolay bir işlemdir. Tayf analizcisi dönüştürücü çıktısıyla birleştirilir ve düşük frekanslı ses sinyali girdi olarak sunulur.  Test,yüksek ses frekansı için tekrarlanır. Eğer gürültü tabanı değişirse,saat jitteri var demektir. Gürültü tabanı yükseliyor fakat esas oranda düz kalıyorsa,jitter rastlantısaldır.  Eğer tayfta ayrık frekanslar varsa,jitter periyodiktir. Girdi frekansından gelen ayrık frekansların boşluk oluşturması ile jitter frekansı ortaya çıkar.

337  Özellikle üstün modelleme kullanılıyorsa,ses frekanslarının pürüzlenmesi önemli bir problem oluşturmaz.  Ancak,pürüzlenme oluşumu gereği, frekans alanında çalışır ve frekansları genliklerini değiştirmeden yeni değere iletir.  Pürüzlenme,modelleme hızının yarısının üzerindeki her frekansta oluşabilir. Pürüzlenmenin gerçekleşeceği frekans;girdi ile en yakın modelleme hızı çarpanı arasındaki frekans farkıdır.

338  Bu nedenle üstün modelleme içermeyen dönüştürücülerde,modelleme hızının yarısının üstündeki bütün frekanslar manyetik ses bandında pürüzlenir.  Ses yoluyla güç; ağ bağlantısıyla doğrudan gelen radyo frekanslarını kapsar. RF,analog pürüz giderici filtrenin kapasitesini yukarı doğru sıçratabilir.  ADC’lerin etrafına iyi bir RF koruması gerekir,kabloların teçhizata giriş yöntemi;üzerlerindeki RF enerjisini toprağa yönlendirecek şekilde olmalıdır.

339  Üstün modelleme dönüştürücüleri;RF’ ye girdi üzerinde farklı bir tepki verirler.  Modelleme hızının yarısı üzerindeki bütün frekansların taban bandına katılmasına karşın;sadece ses bandına katılanlar işitilebilirdir.  Böylece,ekranlaşmamış üstün modelleme dönüştürücüsü,girdideki RF enerjisine karşı,modelleme hızının kHz tamsayı katı kadar olan frekanslarında duyarlı olacaktır. Ama dijital devredeki modelleme hızına sahip olan,istenmeyen ses,DC’ de pürüzlenir ve işitilemez.

340  Dönüştürücüler referans değerlerdeki,birbiri üzerine konulmuş,istenmedik sinyallere karşı da duyarlıdır. Gerçekte dönüştürücünün katlı yapısı,referans gürültü genliği,kenar bandı oluşturmak için sesi modüle eder.  Güç kaynağı,girdi hareketsizleştiğinde, referans değer üzerinde yetersiz düzenlemeye ve ses frekansından 50,60,100 veya 120Hz uzaklaştırma kapasitesine sahip yan bantların oluşumuna yol açan,çift ayırma etkisi ile küçük dalgalar oluşturur.  Bunun nasıl test edileceğini çarpan etkisi belirler. Bir kez daha,tayf analizcisi dönüştürücü çıktısına birleştirilir. Ses frekans tonu girdidir ve ses seviyesi değişir.

341  Eğer ses tabanı girdi sinyal seviyesi ile değişirse;referans gürültü vardır. RF içermesi istenmeyen ses,gürültü şekillendirici aletlerdeki,dönüştürücü referansı üzerinde daha zararlıdır.  Gürültüyü şekillendiren dönüştürücüler,yüksek frekans gürültüsü içeren manyetik ses bandının hemen ötesindeki sinyallerle çalışır.  Referans genlikteki RF,gürültüyü modüle ederek,kenar bantlarının ses bantlarına girişini sağlar ve bu da gürültü tabanını yükseltmesine ya da ayrık ses tonları oluşturmasına yol açar.

342  Gürültü şekillendirici dönüştürücüler,referanstaki modelleme hızının yarısı oranındaki sinyale duyarlıdır.  Küçük bir DC ofset ;girdide yer alırsa niceleyicideki bit yoğunluğu %50 oranında değişir. Spektrumu ayrık frekanslar içeren yararsız bir modelle sonuçlanır.  Referanstaki yarı modelleme hızlı,istenmeyen sesin varlığında,bu tonlar ses bandında demodüle edilebilir.

343  Modellemede asıl amaç manyetik ses bandının güvenilir olması olsa da ;dönüştürücü tasarımı RF mühendislik kurallarına güvenmelidir.  Eğer kalite ;dijital devreden kaynaklanan potansiyel radyasyona ve dışarıdan gelen,kontrol edilemeyen, istenmeyen elektromanyetik seslere rağmen kaybedilmediyse temiz kaynakların,analog girdilerin ve saatlerin hepsi gereklidir.  İstenmeyen sinyaller doğrudan toprak akımlarınca ya da doğrudan olmayan yolla kapasiteli manyetik eşleme ile indüklenebilir. Topraklamayı,analog ve dijital devrelerden,sadece bir yerde birleştirerek ayırmak gerekir.

344  Kapasiteli eşleme,sinyal kaynağı ve istenmeyen sesin topraklanabileceği nokta arasındaki rastlantısal kapasiteyi kullanır. Eşleme, frekansla alınan noktanın empendansıyla orantılıdır.  Manyetik,indüklenebilen eşleme;akım kaynağı olan döngüdeki indüklenen voltajlardan oluşan manyetik alana dayanır.  İndüklenebilen eşlemedeki azalma,döngü boyutunun azalmasını gerektirir. Dijital devre, uygun sinyallerin geri dönen akımlarının akabileceği toprak bir zemin içermelidir.

345  Yüksek frekansta,geri dönen akımlar sinyal hatları üzerinden doğrudan toprak zemine akarlar ve bu da iletim döngü alanını azaltır.  Benzer şekilde analog devredeki toprak zemin,alıcı döngülerini azaltırken;taban bandı sesine bir etkide bulunmaz. İndüklenebilir eşlemeyi ortadan kaldırmak için ikinci bir yol ise devrede kayıtlı bilgiler arasında toprak dolumu uygulamaktır.

346  Toprak dolumu,değişen manyetik alan için kısaltılmış dizin gibi davranır.  Özet olarak,dönüştürücülerin spektral analizi,tasarım zayıflıklarının görülmesini sağlar.  Eğer gürültü tabanı sinyal seviyesi tarafından etkilenirse;saat jitteri oluşabilir. Gürültü tabanı her ikisinden de etkilenmiyorsa;gürültü sinyalde ya da analog devre basamaklarında bulunabilir.

347 2.22 Dijital Sesteki İşlem Seviyeleri  Analog teypler,doymuşluk oranı altındaki işlem seviyelerini kullanırlar.  İşlem seviyesi ve doymuşluk arasındaki alan “güvenlik boşluğu” olarak tanımlanır.Bu alanda bozulmanın etkisi azalır ve güvenlik boşluğunda sürekli kayıt sağlanır. Ancak kulak, sürekli olmadığı sürece bozulma sonuçlarına cevap veremeyeceğinden,süreksiz olan bozulmalar güvenlik boşluğuna kaydedilir.  PPM seviye ölçücünün zaman sabitliği,kulağın geçici bozulma hassasiyeti ile benzerlik gösterir. Eğer süreksiz bozulma, PPM’ yi güvenlik boşluğuna yöneltecek kadar kısaysa,bozulma duyulmayacaktır.

348  İşlem seviyeleri iki yolla kullanılır. Mikrofondan kayıt yapılırken bozulma engellendiğinde kazanç artar.  Bu nedenle kayıt sırasında en iyi SNR sağlanır. Yeni üretimlerde kazanç,programın materyal içeriğini öznel olarak etkileyecek herhangi bir seviyeye yerleştirilir.  Bu işlem özellikle hava durumu sunucuları için önemlidir.

349  Çünkü farklı materyallerin sessizliğini kontrol etmeleri gerekir ve böylece,dinleyicilerin ses kontrolü için sürekli ayarlama yapmalarına gerek olmaz.  Standart işlem seviyesinde seviye hassasiyeti sağlamak için,doğru yukarı tonları analog kayıtlardan önce gelmelidir.  Bunlar dublajın belirli basamaklarına ve transfere alan çizgileri boyunca kazancı uyarlamak için kullanılır. Böylece program materyalinde seviye değişimi oluşmaz.

350  Analog kayıt cihazlarından farklı olarak,dijital kayıt cihazlarında güvenlik boşluğu bulunmaz;dönüştürücü kırpılmasına kadar bir bozulma başlangıcı olmadığından doygunluk 0dBF’de gerçekleşir.  Doygunluk, kırpılma seviyesindeki ölçeklerde 0 olarak işaretlenir ve bütün işlem seviyelerinde bu değerin altındadır.  Ancak analog bandın dijital kopyası yapıldığı durumlarda dijital kayıt cihazının girdi kazancının yerleştirilmesi kolaydır; analog banttan okunan değer ise 0dB’dir.bu,analog işlem seviyesinde dijital kırpılmayı arttırır.

351  Dublaj süresince güvenlik boşluğundaki bütün sinyaller dönüştürücü kırpılmasından etkilenir. Bu tür problemleri engellemek için,üreticiler tarafından dijital seviye materyallerine güvenlik boşlukları tanıtılmıştır. Böylece analog girdi hassaslığı 0 dB olur ve analog,kırpılmanın altında kalır.  Güvenlik boşluğunun model kelime uzunluğunun fonksiyonu olması gerektiğini öne süren bir görüş vardır ancak bu teori,kelime uzunluğunu birinden diğerine aktarırken zorluk oluşturmaktadır. EBU, analog ve dijital seviye arasındaki tek ilişkinin istenilir olduğunu belirtir.  16 bitlik çalışmada,12 dB’lik güvenlik boşluğu gereklidir fakat günümüzde 18 ve 20 bitlik dönüştürücülerin kullanılmasına olanak vardır,yeni EBU tasarısı ise 18 dB’yi özelleştirir.

352  PROJE DANIŞMANI:  Prof. Dr. Baki KARLIĞA  HAZIRLAYAN:  Can DALDİKLER  Şölen BİLECEN


"DİJİTAL SESE GİRİŞ.  Bu projenin tamamlanma sürecinde yardımını ve bilgisini bizden esirgemeyen Öğretim Üyemiz Sayın Prof. Dr. Baki KARLIĞA’ya yardımları." indir ppt

Benzer bir sunumlar


Google Reklamları