План-конспект учебного занятия "Практикум по работе с мультимедийным оборудованием для ввода звуковой информации"

ПМ 01. Ввод и обработка цифровой информации

МДК 01. 01. Технология создания и обработки цифровой мультимедийной информации

1.4. Мультимедийное оборудование

Урок 70: Практикум по работе с мультимедийным оборудованием для ввода звуковой информации                                                                                                      

Цель: Отработать на практике действия с мультимедийным оборудованием для ввода звуковой информации

Тип урока: комбинированный

Д/з:Стр. 296

Звук — это распространяющиеся в упругих средах механическиеколебания, воспринимаемые ухом человека. Он характеризуется такими основными параметрами, как частота, амплитуда и динамический диапазон.

Частота — это количество колебаний в секунду. Единица измерения — герц (Гц), одно колебание в секунду (1 кГц = 1 000 Гц).

Частота колебаний субъективно воспринимается человеком как высота звука. Самый низкий звук, который можно извлечь на фортепиано (нота «ля» субконтроктавы) имеет частоту 27,5 Гц. Самый высокий звук («до» пятой октавы) имеет частоту 4 кГц (4000 Гц). Звук с частотой ниже 20 Гц называется инфразвуком, а выше 20 кГц — ультразвуком. Ухо человека способно воспринимать звуковые коле-

бания в пределах от 20 Гц до 20 кГц, причем максимальная чувствительность находится в области 3 кГц.

Амплитуда — уровень сигнала, субъективно воспринимаемый человеком как его громкость; измеряется в логарифмических единицах— децибелах (дБ). Так, шелест листвы имеет «громкость» 15 дБ, компьютер шумит на уровне 35 дБ. Максимальная громкость, которую может воспринять ухо человека, — около 120 Дб, что соответствует реву двигателей при взлете реактивного самолета. Это значение принято считать болевым порогом.

Динамический диапазон — соотношение самого тихого и самого громкого звуков во фрагменте, измеренных в децибелах. Считается, что гитара имеет динамический диапазон 15 дБ, а симфонический оркестр — 75 дБ.

Компьютер оперирует данными в цифровом виде, поэтому для ввода в компьютер аналоговый звуковой сигнал нужно представить в цифровом виде. Для этого служит специальное устройство— звуковая плата (карта). Обычно звуковые карты содержат три независимых узла: канал записи-воспроизведения, канал синтезатора и микшер.Канал записи-воспроизведения, или узел цифрового тракта, пре-

образует сигнал из аналоговой формы в цифровую — для этого служит аналого-цифровой преобразователь. Процессор звуковой карты осуществляет необходимые операции с оцифрованным сигналом и обмен цифровым потоком с центральным процессором или памятью компьютера. Обратное преобразование осуществляется

цифроаналоговым преобразователем.Кодек (Codec)(сокращение от «кодер—декодер»)— программное или аппаратное устройство, отвечающее за обработку цифровых сигналов и преобразование их в аналоговые (например, звук или изображение).

Узел музыкального синтезатора, построенного по частотно-модуляционному (FM) или таблично-волновому (TW) принципу, осуществляет запись и воспроизведение музыкальных композиций в MIDI-формате. Аналоговый микшер осуществляет смешивание сигналов с двух предыдущих узлов, а также с линейного и микрофонного входов карты. Все эти устройства функционально независимы и программируются отдельно друг от друга.

На АЦП поступает звуковой сигнал в виде непрерывно меняющегося электрического сигнала и подвергается в нем дискретизации и квантованию. Источником сигнала может быть микрофон, который преобразует звуковые волны в электрические сигналы, магнитофон или другое устройство.

В процессе дискретизации непрерывный аналоговый сигнал разбивается на последовательность его мгновенных значений — отсчетов, и эти точки соединяются прямыми линиями. В итоге получается ломаная кривая, аппроксимирующая исходный сигнал (рис. 1.3). Чем выше частота дискретизации, тем точнее аппроксимируется исходный сигнал, точнее передается его звучание, но тем выше требования

к аппаратным компонентам звуковой карты (и самого ПК) и больше размер файла, хранящего эти данные.

Для хорошей звукопередачи частота дискретизации должна бытьне меньше, чем удвоенная частота сигнала на входе АЦП. Поскольку ухо человека воспринимает частоты до 20 кГц, частота дискретизации звука должна быть не менее чем 40 кГц. Звуковые карты общего назначения обычно имеют диапазон дискретизации от 8 до 48 кГц.Одновременно с дискретизацией сигнала в АЦП происходит его квантование, в результате чего цифровое значение каждого отсчета кодируется целым числом в диапазоне 0…255 (8-разрядная оцифровка) или 0…65536 (16-разрядная оцифровка). С увеличением разрядности квантования размер конечного файла также возрастает, но зато улучшается передача звука и уменьшаются увеличивается. В современных звуковых картах используется в основном 16- и 20-битное квантование.

Итак, аналого-цифровое преобразование звукового сигнала характеризуется двумя основными параметрами: частотой дискретизации и разрядностью квантования.

Частота дискретизации — это количество отсчетов в секунду

(т.е. сколько раз в секунду измеряется амплитуда сигнала). От неезависит максимальная частота звука, которую может оцифровать АЦП. Измеряется частота дискретизации в килогерцах. Увеличение частоты дискретизации влечет за собой пропорциональное увеличение размера файла.

Разрядность квантования — это «точность», с которой измеряется амплитуда. Использование 8-разрядного квантования обеспечивает 28 = 256 уровней, а 16-разрядное квантование обеспечивает 216 = 65 536 уровней и влечет за собой двухкратное увеличение размера файла.

Таким образом, за качество оцифровки звука приходится «расплачиваться» размером звуковых файлов.

Увеличение частоты дискретизации в два раза ведет к удвоению размера файла, использование стереозаписи (двухканальной) тоже увеличивает размер файла в два раза. Поэтому для разных сигналов используются различные параметры оцифровки. Так, для телефонной линии используется частота дискретизации 11 кГц, поскольку основной частотный диапазон речи не выходит за пределы 4 кГц. Возможности встроенных в телефонную трубку микрофона и динамика также не выходят за эти пределы. 16-разрядное квантование обеспечивает приемлемое качество записи речевого сигнала.

Подсчитаем размер файла, в котором будет записана 1 с сигнала с телефонной линии:11×2 байт (16 бит) = 22 кбайт.

Эфирное качество звука радио- и телепередач обеспечивается частотой дискретизации 22 кГц и 16-разрядным квантованием. Файл, содержащий 1 с оцифрованного звука, будет иметь размер:

22×2 байт (16 бит) = 44 кбайт.16

Высококачественная стереозапись на компакт-диске обеспечивается частотой дискретизации 44,1 кГц при 16-разрядном квантовании. Размер файла при этом будет составлять:

44,1×2 байт×2 канала = 176,4 кбайт.

Таким образом, на стандартном компакт-диске объемом 700Мбайтможно записать примерно 70 мин музыки очень хорошего качества.

В результате обработки аналогового сигнала АЦП формируется поток чисел, который записывается на соответствующий носитель информации (жесткий диск). При считывании звукового файла последовательность цифровых отсчетов поступает на цифроаналоговый преобразователь звуковой карты, где осуществляется обратное

его преобразование в непрерывный звуковой сигнал, который после усиления поступает на акустические колонки. Они преобразуют электрический сигнал в акустический, который мы и воспринимаем как звук.

Все современные звуковые карты поддерживают запись и воспроизведение звука на частотах дискретизации до 44,1 кГц с 16-разрядным квантованием. Карты для профессиональной работы со звуком поддерживают частоты дискретизации 48 кГц и выше и 20-разрядное квантование.

В связи с развитием различных форм телекоммуникаций, прежде всего Интернета, встал вопрос о передаче сигнала по каналам связи в режиме on-line. Традиционная технология сводится к тому, что звуковой сигнал оцифровывается и записывается в виде файла на информационный носитель. Затем файл передается по каналам

связи. После того как он целиком получен на приемном конце линии, он декодируется в обычный звуковой сигнал. Таким образом можно передать, например, звуковое письмо по электронной почте.

Однако осуществить «живую» радиотрансляцию по каналам Интернета таким образом невозможно. Недавно была предложена технология потоковой передачи аудио- и видеосигнала. Идея заключается в том, что сигнал после оцифровки сразу поступает в канал связи и начинает декодироваться получателем еще в процессе его

передачи. Такая схема передачи сигнала дает огромные преимущества — получателю не надо ждать, пока сигнал будет сформирован в виде звукового файла и передан ему по каналу. Вопрос только в скорости передачи сигнала по каналу связи — она должна быть не меньше, чем частота дискретизации звукового сигнала.

Для оценки возможности передачи оцифрованного сигнала по каналу связи используется понятие битрейт — это количество информации, которое передается в единицу времени. Обычно би-17трейт измеряется в килобитах в секунду — [кбит/с] (часто используется англоязычная аббревиатура Kbps (Kilobitpersecond)). Эта

единица, с одной стороны, показывает объем дискового пространства, которое займет запись 1 с звучания с соответствующими параметрами оцифровки, а с другой — определяет пропускную способность, или «ширину» канала связи. Так, если скорость подключения к Интернету по телефонному модему составляет 56 кбит/с, то по такому каналу можно передать звук с битрейтом не более чем 56 кбит/с.

Практическое задание:

Записать на ПК, телефон стихотворение и дать характеристику полученной записи:

Утес

Ночевала тучка золотая

На груди утеса-великана;

Утром в путь она умчалась рано,

По лазури весело играя;

Но остался влажный след в морщине

Старого утеса. Одиноко

Он стоит, задумался глубоко,

И тихонько плачет он в пустыне.