Тема: Кодирование звуковой информации. Цель: 1. Определить что такое звук и его основные характеристики. 2. Рассмотреть кодирование звуковой информации.
Мир наполнен самыми разнообразными звуками: тиканье часов и гул моторов, завывание ветра и шелест листьев, пение птиц и голоса людей. О том, как рождаются звуки и что они собой представляют люди начали догадываться очень давно.
Еще древнегреческий философ и ученый - энциклопедист Аристотель, исходя из наблюдений, объяснял природу звука, полагая, что звучащее тело создает попеременное сжатие и разрежение воздуха. Так, колеблющаяся струна то разряжает, то уплотняет воздух, а из-за упругости воздуха эти чередующиеся воздействия передаются дальше в пространство - от слоя к слою, возникают упругие волны. Достигая нашего уха, они воздействуют на барабанные перепонки и вызывают ощущение звука. ! Аристотель Стагирит гг. до н...
На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту где-то в пределах от 16 Гц до 20 к Гц (1 Гц - 1 колебание в секунду). !
Звук – это распространяющиеся в упругих средах – газах, жидкостях и твёрдых телах – механические колебания, воспринимаемые органами слуха. ! Источник звука - различные колеблющиеся тела, например туго натянутая струна или тонкая стальная пластинка, зажатая с одной стороны.
Музыкальный звук можно характеризовать тремя качествами: тембром, т. е. окраской звука, которая зависит от формы колебаний, высотой, определяющейся числом колебаний в секунду (частотой), и громкостью, зависящей от интенсивности колебаний.
Компьютер широко применяют в настоящее время в различных сферах. Не стала исключением и обработка звуковой информации, музыка. До 1983 года все записи музыки выходили на виниловых пластинках и компакт-кассетах. В настоящее время широкое распространение получили компакт-диски. виниловые пластинки
А как же происходит кодирование звука? ? С самого детства мы сталкиваемся с записями музыки на разных носителях: грампластинках, кассетах, компакт-дисках и т.д. В настоящее время существует два основных способах записи звука: аналоговый и цифровой. Но для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель его нужно преобразовать в электрический сигнал с помощью микрофона.
Самые простые микрофоны имеют мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн. К мембране присоединена катушка, перемещающаяся синхронно с мембраной в магнитном поле. В катушке возникает переменный электрический ток. Изменения напряжения тока точно отражают звуковые волны. Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона, называется аналоговым сигналом. Он точно отражает форму звуковой волны, которая распространяется в воздухе.
Виниловая пластинка является примером аналогового хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка свою форму изменяет непрерывно. Виниловые пластинки при проигрывании их несколько раз теряют качество. Поэтому преимущество отдают цифровой записи.
В начале 80-х годов появились компакт-диски. Они являются примером дискретного хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка компакт - диска содержит участки с различной отражающей способностью. Теоретически эти цифровые диски могут служить вечно, если их не царапать, т.е. их преимуществами являются долговечность и неподверженность механическому старению. Другое преимущество заключается в том, что при цифровой перезаписи нет потери качества звука.
Кратко рассмотрим процессы преобразования звука из аналоговой формы в цифровую и наоборот. звуковая волна аналоговый переменный электрический сигнал Он проходит через звуковой тракт и попадает в аналого- цифровой преобразователь (АЦП) - устройство, которое переводит сигнал в цифровую форму.
Вывод цифрового звука происходит при помощи цифро- аналогового преобразователя (ЦАП), который на основании поступающих цифровых данных в соответствующие моменты времени генерирует электрический сигнал необходимой амплитуды
Процесс получения цифровой формы звука называется оцифровкой. Устройство, выполняющее оцифровку звука называется АЦП - аналого-цифровой преобразователь (ACD); Устройство, выполняющее обратное преобразование – ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь (DAC);
Звуковая карта Состав: АЦП; ЦАП; сигнальный процессор (DSP)- специальная микросхема для обработки оцифрованного звука, выполняющий значительную часть рутинных расчетов при обработке звука: смешение звуков; наложение спецэффектов; расчет формы выходного сигнала; микросхема с набором «сэмплов»-образцов звуков для синтеза звуковых файлов формата MIDI
Параметры оцифровки звука Частота, с которой производят измерение сигнала, называется частотой дискретизации. Количество бит, используемых для записи номера поддиапазона (одного отсчета) называется глубиной кодирования.
Чем выше амплитуда, тем громче звук, чем меньше частота, тем ниже тон.
Размер звукового файла S( бит )=F( Гц )*i( бит )*M( каналов )*t( сек ) F – частота дискретизации (Гц); i – глубина кодирования (разрядность звуковой карты); M – количество каналов (1 – моно, 2 – стерео); t – время звучания в сек. Увеличивая частоту дискретизации и глубину кодирования, можно более точно сохранить (и впоследствии восстановить) форму звукового сигнала, но при этом увеличивается объем сохраненных данных
N – количество уровней громкости, i– глубина звука (бит)
Задачи на кодирование звуковой информации 1) Подсчитать, сколько места будет занимать одна минута цифрового звука на жестком диске или любом другом цифровом носителе, записанного с частотой 44.1 к Гц и разрядностью 16 бит. Решение: F= 44.1 к Гц i= 16 бит S=F*i*M*t Если записывают моно сигнал (М=1), то * 2*1 * 60 = байт. Если записывают стереосигнал, (М=2), * 2*2 * 60 = байт.
Задачи на кодирование звуковой информации 2) Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 к Гц и разрешении 8 битов. Решение: S=F*i*M*t S=22050*8*1*10/8= байт.
Форматы звуковых файлов MIDI - запись музыкальных произведений в виде команд синтезатору, компактны, голос человека не воспроизводят, (соответствуют векторному представлению в графике) WAV – универсальный звуковой формат, в нем хранится полная информация об оцифрованном звуке (соответствует формату bmp в графике). Занимает очень большой объем памяти (15 Мбайт на 1 минуту звучания). MP3 – формат сжатия аудиоинформации с регулируемой потерей информации, позволяет сжимать файлы в несколько раз. APE – формат сжатия аудиоинформации без потери информации (а следовательно – качества).
1 Известно, что Петя поет самым громким голосом в классе. На каком из ниже представленных графиков отражен голос Пети? 1)2)3)4)
Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуть частоте дискретизации 44,1 к Гц и разрешении 16 бит. Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы - 8. С какой частотой дискретизации записан звук? Задачи для самостоятельной работы Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации Гц. Какова раз рядность аудиоадаптера? Домашняя задача
Литература htm kodirovanie-informacii-information-na-temu-po-informatike.htmhttp://power-point-ppt.narod.ru/informatika/informaticsi/prezentaciya- kodirovanie-informacii-information-na-temu-po-informatike.htm