Digitalisering

Du er ute en fin sommerdag. Det er så varmt ute at du er usikker på om du noen gang har opplevd en varmere sommerdag.

Hvordan kan du finne ut om det er tilfelle?

Svaret er enkelt: Du gjør en måling av temperaturen og sammenligner tallverdien fra målingen din mot tallverdien fra andre målinger av temperatur som er gjort på andre dager.

For å få til dette bruker du et måleinstrument. Måleinstrumentet gjør en måling av fenomenet du ønsker å måle og gir deg et svar på en skala. Du kan for eksempel finne ut at temperaturen er 38 grader celsius denne dagen.

Det du har gjort nå, er å digitalisere et analogt fenomen ved å sette en tallverdi på det. Tallet du har funnet, kan du lett skrive ned, sammenligne og gjøre utregninger med.

Utgangspunktet for begrepet digital ligger i denne enkle prosessen og er noe vi har holdt på med i årtusener og gjør hver dag. Det er helt nødvendig for å kvantifisere og nøyaktig beskrive fenomenene vi opplever.

Et analogt signal er alltid i forandring. Forandringene kan være store eller små, men de er alltid der. I eksempelet over gjorde vi en enkeltmåling av temperatur. Dette kaller vi for et sampel. Ordet kommer fra engelsk og betyr prøve eller utvalg. Med det ene sampelet kan vi si hva temperaturen var nøyaktig i det tidspunktet vi tok den, med den feilmarginen som måleinstrumentet har. Hvis vi ønsker å finne gjennomsnitt gjennom dagen, må vi ta flere prøver eller sampler. For eksempel kan vi si at vi måler signalet hvert tiende minutt.

Hvis vi ser på et annet analogt signal hvor forandringene er mer ekstreme, kan vi se på et lydsignal. Lyd som vi mennesker kan høre, er bølger i lufta på mellom 20 og 20 000 bølger per sekund, eller 20–20 000 Hz (hertz) om du vil. Hvis vi ønsker å gjøre et digitalt opptak av lyden, trenger vi å gjøre mange samplinger per sekund. Resultatet kan bli som på bildet under.

Når vi digitaliserer lyd, ønsker vi at den digitale lyden skal høres mest mulig identisk ut med det originale signalet. Fordi vi bruker en trinnet skala til å måle med, kan vi ikke gjengi det analoge signalet perfekt. Det vi kan gjøre, er å gjøre mange nok gode målinger til at vi som mennesker ikke klarer å høre forskjellen.

Valg vi tar når vi digitaliserer lyd

Når vi skal digitalisere lyd, er det to viktige valg vi må gjøre.

• Vi må bestemme hvor mange sampler vi skal gjøre av signalet per sekund. Dette kalles også samplerate. I modellen over vil dette være antallet stolper bortover.
• Vi må bestemme hvor mange steg skalaen vi måler med skal ha. Dette kalles også bitdybde. I modellen over vil dette være hvor findelt skalaen er oppover for hver stolpe.

For lyd er det for eksempel vanlig å gjøre 48 kHz (48 000 målinger per sekund) med bitdybde på 24 bit. Dette betyr at vi gjør 48 000 målinger per sekund med lyd, og for hver måling brukes 24 binære tall (bit) for å beskrive lyden akkurat da. Når vi ganger dette sammen, blir det 1 152 000 bit per sekund, eller 1,152 Mbit/s. Dette kaller vi bitraten når vi arbeider med lyd og video. Utregningen er for et monosignal, hvis vi skal ha et stereosignal må vi gjøre alt dobbelt. Uten noen form for komprimering vil ett minutt av lyd ta 17,28 MB med lagringsplass. En høyere samplerate og bitdybde vil kreve mer lagringsplass enn en lavere.

For å gjøre digitalisering av lyd bruker datamaskiner og opptaksutstyr en komponent som heter en ADC (analog-to-digital converter). Når lyden skal avspilles, må den gjøres om til et analogt signal igjen, og dette skjer med en DAC (digital-to-analog converter).