Så funkar digitalt ljud

Ljud är en mekanisk våg vars frekvenser faller inom intervallet för hörsel. Människor kan som en tummregel höra ljud i området mellan 20 och 20 000 Hertz. Hertz är enheten för att mäta frekvens, vilket är hur många gånger en händelse repeteras inom ett givet tidsintervall. 1 Hertz är en händelse som inträffar en gång per sekund.

När det gäller ljudvågor (och andra vågor) syftar Hertz helt enkelt på antalet cykler i vågformen, alltså hur många gånger vågen repeteras per sekund, eller antalet svängningar. 20 Hertz är således 20 svängningar per sekund.

Vi ska också nämna begreppet amplitud, vilket är avståndet mellan ytterläget och nolläget i en svängningsrörelse, eller en våg. För en havsvåg skulle amplituden alltså vara avståndet mellan vågtoppen och dess mittläge, vilket är havsytan på ett stilla hav. Amplitud är bra att känna till när vi pratar om digitalt ljud och sampling, vilket vi ska göra alldeles strax.

Amplitud är avståndet A, våglängden är avståndet B.

Hörsel och högtalare

När vi människor hör, är det för att våra öron har förmågan att fånga upp dessa ljudvågor, som får trumhinnan inuti örat att vibrera på grund av tryckförändringarna. Dessa vibrationer registreras och skickas till hörselcentrum i hjärnan för hantering. Det finns många detaljer här att grotta ner sig i, och det är heller inte helt fastställt av vetenskapen hur ljudet sedan tolkas. Men låt oss lämna den diskussionen därhän, och koncentrera oss på hur ljud genereras, så att det kan fångas upp av våra öron.

Vi hör alltså genom att ljudet orsakar vibrationer vilka tolkas. När ljudvågor genereras är det på ett liknande sätt genom att något vibrerar, till exempel ett högtalarelement. För att väldigt enkelt beskriva hur inspelat ljud fungerar kan vi säga att en ljudsignal först skapas som elektrisk energi utifrån ett färdigställt mönster som lagras på ett medium (till exempel på en vinylskiva eller ett kassettband). Signalen förstärks och skickas därefter till en högtalare, som omvandlar den elektriska signalen till akustisk energi, det vill säga ljudvågorna vi beskrev tidigare. Högtalarens element har ett membran som vibrerar i takt med signalen, och ljudvågorna fångas sedan upp av våra öron.

Inspelat ljud läses av ett lagringsmedium till en elektrisk signal, som förstärks och omvandlas till en akustisk signal.

Detta är lite av en förenkling, och i själva verket består förstärkningen av ett försteg (preamp eller förförstärkare) som väljer vilka signalkällor som ska tas emot och vad som ska göras med dem, till exempel reglera bas- och diskantnivå, volymkontroll och mycket mer. Därefter sker själva signalförstärkningen av ett slutsteg. Dessa två komponenter är oftast ihopbyggda i form av en integrerad förstärkare, men i vissa situationer hålls de separerade, till exempel för att undvika elektriska störningar med brus som resultat. Att ha separata försteg och slutsteg ger också användaren högre kontroll över kedjan, så att exempelvis en av komponenterna kan bytas ut utan att båda måste göra det. Kanske har du också hört ordet receiver, med vilket menas en integrerad förstärkare där man också lagt till en radiomottagare i samma enhet.

Beroende på vilket medium som ska spelas upp, alltså vilken signalkälla som används, kan det också behövas ytterligare utrustning. En vinylspelare behöver en egen förstärkare som kallas RIAA-steg som kompenserar så att låga frekvenser får högre signalstyrka och höga frekvenser dämpas. Detta beror på vinylformatet, där man ibland dämpar amplituden på låga toner för att få rum med fler spår på skivan, eller ibland ökar amplituden på höga toner för att minska brus. Många vinylspelare idag har inbyggda RIAA-steg, medan andra kräver ett separat.

Låt oss heller inte glömma bort själva högtalarna, som också består av flera komponenter. Ljudsignalen delas oftast upp mellan olika högtalarelement, där varje element hanterar en egen del av frekvensområdet. Basregistret är de mullrande och djupa bastonerna i området 20–200 Hz, alltså de lägsta ljud människor kan höra. Högfrekventa ljud kallas diskant, och ligger i området 2 000 till 20 000 Hz, alltså de högsta ljud människor kan höra. Frekvenserna däremellan kallas mellanregister, och innefattar exempelvis vanligt tal – här är människans öra som känsligast och bäst på att höra. Vi kan också hastigt nämna subwoofern, eller subbasen, som är en särskild högtalare som hjälper till med de allra djupaste frekvenserna.

Lyxigare högtalare har separata element för alla dessa tre register, medan enklare modeller kan ha ett element som hanterar hela registret. En mycket vanlig kompromiss är tvåvägshögtalaren, som består av ett element för diskant och ett större som hanterar både bas- och mellanregister. En faktor i sammanhanget är att höga toner är mer riktningsbestämda än djupa toner, eftersom lägre frekvenser har längre våglängder som lättare rör sig genom olika material. Du har kanske konstaterat att basljudet från grannens nya tv-högtalare hörs mycket tydligt genom väggen, medan diskantljudet inte hörs alls.

Det här innebär också rent praktiskt att högtalarens placering i ett rum blir viktig, eftersom ljudvågorna kan reflekteras mot väggar och andra hinder så som möbler. Detta kan försämra ljudupplevelsen och i värsta fall förstöra den – prova till exempel att flytta in högtalaren i det kaklade badrummet, där kommer ljudvågorna att studsa runt och förmodligen bilda en kakafoni (missljud). Lösningen är att klä alla väggar i ditt hem med ljudabsorberande material (äggkartonger går bra), eller åtminstone fundera över högtalarsystemets placering. Vissa högtalare går att rikta mot lyssningspositionen, och en del moderna högtalare har till och med automatiska sensorer för att avgöra hur omgivningen ser ut och var lyssnaren är.

Sådär, nu har vi skrivit en hel del om grundläggande ljudlära och utrustning, men den här guiden handlar om digitalt ljud, och det ska vi gå in djupare på nu. Till att börja med, om du har en digital signalkälla till din stereo, till exempel en cd-spelare eller mp3-spelare, krävs ytterligare en komponent, nämligen en så kallad D/A-omvandlare (digital-analog-omvandlare) som omvandlar en digital signal till en analog. På engelska kallas detta DAC (Digital-Audio-Converter).

Precis som andra komponenter kan en DAC finnas inbyggd i en cd-spelare eller förstärkare, eller bestå av en separat del. Många delar blir det alltså, och många strömsladdar. Det är nog inte konstigt att de flesta vardagslyssnare idag föredrar integrerade system där flera av de här komponenterna samsas i samma chassi. Aktiva högtalare har en inbyggd förstärkare, så det behövs bara kopplas in en ljudkälla. Apples högtalare Homepod får anses utgöra den yttersta punkten i integrerade system då den inte har några ingångar alls för att koppla in ljud, förutom en Wifi-antenn som tar emot trådlösa signaler.