Звуковая информация Способы хранения звука Временная дискретизация Квантование Оцифровка звука Звуковая карта Качество оцифрованного звука Объем файла Форматы звуковых файлов Источники
• Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.
ЧастотаИзмеряется в Гц.
1Гц = 1 колебание/сек
Человек воспринимает звуки в диапазоне от 16 Гц до 20 кГцАмплитудаИзмеряется в Па (Паскалях).
Воспринимаемая человеком громкость звука от 20 мкПа (едва различимый звук) до 200 Па (болевой порог).
Чем больше амплитуда, тем громче звукЧем больше частота, тем больше тон
• Из-за широкого диапазона амплитуд чаще используется логарифмическая шкала децибелов (дБ):
пч
зв
P
PL lg20
L(дБ) – уровень звука;
Рпч- порог чувствительности (2*10-5 Па)
Рзв- звуковое давление измеряемого звука
Тогда весь диапазон слышимости 0 – 140 дБ. Человек способен уловить различие в громкости, если звуки отличаются более, чем на 10%, т.е. на 1 дБ – это используется а алгоритмах сжатия звука для удаления маловажной информации.
Порог слышимости 0 дБ
Шорох листьев, шум слабого ветра 10-20 дБ
Шепот (на задней парте) 20-30 дБ
Разговор средней громкости (в кабинете директора)
50-60 дБ
Автомагистраль с интенсивным движением
80-90 дБ
Авиадвигатели 120-130 дБ
Болевой порог 140 дБ
Звукозапись – процесс сохранения информации о параметрах звуковых волн.
Способы хранения
Аналоговый:
Грампластинка;
Магнитная лента.
Цифровой:
Временная дискретизация;Квантование.
Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации.
На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность «ступенек».
Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате.
Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т.е. от частоты дискретизации.
Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду.
Каждой «ступеньке» присваивается определенное значение уровня громкости звука. Глубина кодирования звука - это количество информации (I), которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука (N). Если известна глубина
кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука равно N = 2 I.
Результаты измерений записываются в цифровом виде с ограниченной точностью.
При квантовании диапазон значений амплитуды разбивается на подуровни и сохраняется номер подуровня, в который попадает значение.
Количество бит, используемых для записи номера поддиапазона (одного отсчета) называется глубиной кодирования.
• 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);
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 «самплов»-образцов звуков для синтеза звуковых файлов формата MIDI
Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.
Самое низкое качество оцифрованного звука получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине 8 битов и записи одной звуковой дорожки («моно»).
Самое высокое – при частоте 48 000 раз в секунду, глубине 16 битов и записи двух звуковых дорожек («стерео»).
Объем файла (бит) = частота (Гц) *
глубина (бит) * время (сек) *
режим (моно = 1, стерео = 2)
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 в зависимости от заданного битрейта (в среднем в 11 раз). Даже при самом высоком битрейте – 320 кбит/сек – обеспечивает 4-кратное сжатие по сравнению с компакт-дисками.
APE – формат сжатия аудиоинформации без потери информации (а следовательно – качества) , коэффициент сжатия около 2.
Информационная культура: Кодирование информации. Информационные модели. 9–10-е классы. М.: Дрофа, 2000, 208 с.
Угринович Н.Д. Информатика и информационные технологии. Учебник для 10-11 классов\ Угринович Н.Д. – М.Бином. Люборатория знаний, 2003. – 512 с.: - ил.
http://www.5byte.ru/9/0009.php http://www.eruditus.name/teorija/kodir_izmeren.html http://ivanovff.narod.ru/support/teach_su/didakt/
svojctva.htm http://www.uneex.ru/static/AltDocs_informatika1/
Book1/1_intro/01_inform/07_exampl/index.html