Кодирование звуковой информации

здравствуйте сегодня на уроке мы поговорим с вами о представлении звука в памяти компьютера то есть а кодирование звуковой информации для начала давайте разберемся что такое вообще звук если мы издаем звук то мы создаем какое-то колебание толчок для молекул и образуется волна которая заставляет двигаться другие молекулы таким образом если мы возьмем какой-то источник звука то мы увидим что он будет порождать непрерывный процесс изменения давления воздуха со звуковой частотой именно вот это давление она действует на нашу ушную перепонку и мы с вами определяем это переменное давление воздуха как какой-то звук что касается звуковой волны то в ней как и в любой другой волне мы можем выделить характеристики такие как амплитуда и частота чем больше будет амплитуда тем громче будет этот звук то есть тем выше будет волна частота у нас будет отвечать за высоту тона мы знаем что звук может быть низким может быть высоким и за это будет отвечать чистота тона и так звук представляет собой распространяющие в воздухе в воде или другой среде волну с непрерывно меняющийся амплитудой и частотой человек воспринимает звуковые волны с помощью слуха форме звука различной громкости и тонн чем больше амплитуда звуковой волны тем громче звук чем больше частота колебаний тем выше тон звука звуковые волны как мы уже говорили характеризуется такими объективными величинами как частота и амплитуда но кроме этого они описываются с объективными характеристиками это громкость высота и тембр звука громкость звука субъективное восприятие силы интенсивности звука громкость главным образом функционально зависит от звукового давления интенсивности звука и частоты звуковых колебаний также на громкой звука влияют локация в пространстве tempra длительность воздействием звуковых колебаний и многие другие факторы высота звука свойства звука определяемое человеком на слух и зависящее в основном от частоты звука то есть а числа колебаний среды в секунду которые воздействуют на барабанную перепонку человек с увеличением частоты колебаний растет высота звука тембр звука определяет его звуковую окраску именно благодаря тембру звуки различных музыкальных инструментов имеют разные звучания и так громкость звука зависит от амплитуды колебаний чем большим приду до колебаний тем громче звук высота звука определяется частотой колебаний воздуха тембр звука окраска звука зависящие от источника звука человек способен воспринимать и хранить информацию форме образов зрительных звуковых осязательных вкусовых и обонятельных звуковая информация может быть представлена в аналоговой или дискретной форме при аналоговом представлений физическая величина принимает бесконечное множество значений причем ее значение изменяется непрерывно при дискретном представлении физическая величина принимает конечное множество значений причем ее величина изменяется скачкообразно примером аналогового хранения звуковой информации является виниловая пластинка звуковая дорожка изменяют свою форму непрерывно а дискретного аудио компакт-диск звуковая дорожка которого содержит участки с различные отражающей способностью преобразование звуковой информации из аналоговой форме дискретную производится путем дискретизации то есть разбиением непрерывного звукового сигнала на отдельные элементы в процессе дискретизации производится кодирования то есть присвоению каждому элементу конкретного значения в форме кода итак поговорим более подробно о дискретизации для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации непрерывную звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука таким образом непрерывная зависимость громкости звука от времени заменяется на дискретную последовательность уровней громкости на графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность ступенек и так временная дискретизация это разбиение непрерывной звуковой волны на отдельные маленькие временные участке причем для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды обсудим что такое оцифровка звука оцифровка звука эта фиксация apple туда сигнала через определенные промежутки времени и регистрация полученных значений амплитуды виде округленных цифровых значений для оцифровке звука используется специальное устройство аналого-цифровой преобразователь и цифроаналоговый преобразователь для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель его нужно преобразовать в электрический сигнал это делается с помощью микрофона микрофоны имеют мембрану которая колеблется под воздействием звуковых волн мембране пресне на катушка перемещаюсь синхронно с мембраны магнитном поле в катушке возникает переменный электрический ток аналого-цифровой преобразователь а цыпой сокращен устройство преобразующих 1 аналоговый сигнал дискретный код цифровой сигнал обратное преобразование осуществляется при помощи cp цифроаналогового преобразователя процесс преобразования звуковых волн двоичный код в памяти компьютера можно представить в виде следующей последовательности звуковая волна микрофон переменный электрический ток аудио адаптер двоичный код памяти в на процесс воспроизведения звукового информация сохранена в памяти в можно представить и следующей последовательности памяти в двоичный код аудио адаптер переменный электрический ток динамик звуковая волна аудио адаптер звуковая плата это устройство преобразующее электрические колебания звуковой частоты в числовой двоичный код и наоборот мы обсудили что такое оцифровка звука теперь поговорим о характеристиках оцифрованного звука и 1 эта глубина дискретизации звука глубина дискретизации звука это количество информации которая необходима для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука если известно глубина кодирования то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле оно равно 2 в степени и n количество уровней громкости и глубина кодирования например пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов тогда количество уровней громкости звука равно n равно 2 в степени нашем случае два шестнадцатой степени это будет равно 65536 уровней громкости звука в процессе кодирования каждому уровню громкости звука прессуется свой 16 битовый двоичный код наименьшему уровня звука будет соответствовать код из 16 нулей а наибольшему из 16 единиц следующая характеристика оцифрованного звука это частота дискретизации частота дискретизации или частота сэмплирования частота взятия отчетов непрерывного по времени сигнала при его дискретизации в частности аналого-цифровым преобразователем частота дискретизации измеряется в герцах термин применяется и при обратном цифроаналоговый преобразование особенно если частота дискретизации прямого и обратного преобразования выбрана разный данный прием называемый также масштабированием времени встречайте например при анализе сверхнизкой частотных звуков издаваемых морскими животными чем выше частота дискретизации тем более широкий спектр сигнала может быть представлен дискретном сигнале и так качество полученного цифрового звука зависит от количества измерения уровня громкости звука в единицу времени то есть частоты дискретизации чем больше количество измерений производится за одну секунду чем больше частота дискретизации тем точнее лесенка цифрового звукового сигнала повторяет кривую диагонального сигнала и так частота дискретизации звука это количество измерений громкости звука за одну секунду далее мы поговорим о качестве оцифрованного звука чем больше частота и глубина дискретизации звука тем более качество нему будет звучание оцифрованного звука самое низкое качество оцифрованного звука соответствующее качество телефонной связи получается при частоте дискретизации 8 тысяч раз в секунду глубине дискретизации восемь битов и записи одной звуковой дорожки режим моно самое высокое качество оцифрованного звука соответствующее качество аудио сиди достигается при частоте дискретизации 48 тысяч 1 секунду глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек режим стерео режим она представляет собой 1 канальную запись звука и соответственно его воспроизведения стерео двухканальной и более запись и трансляция звука также стоит отметить одно очень важное свойство чем выше качество цифрового звука тем больше информационный объём звукового файла для того чтобы определить объем аудиофайла существует следующая формула в равно и умножить на m умножить на t и умножить на k в объём звукового файла и глубина кодирования звука м частота дискретизации звука длительность звучания файла к количество каналов звучание к равно единице это режима на корону 2 режим стерео рассмотрим на примере как посчитать информационный объем оцифрованного звука вспомним формулу n равно 2 в степени и где глубина кодирования звука n количество уровней то есть это количество уровни громкости который мы можем измерить тогда знаю глубину кодирования допустим мы возьмем 3 бита мы можем определить то что у нас будет 8 различных уровней громкости 2 в третьей степени равно 8 в реальной жизни пользуется более высокой глубиной кодирования для нашего примера мы взяли три бита таким образом мы с вами получили восемь различных возможных значений глубины кодирования звука и они записали соответствующим образом 0 0 0 0 0 1 0 1 0 и так далее теперь когда мы знаем глубину кодирования звука мы должны еще знать сколько измерений мы с вами производили в одну секунду это и есть частота дискретизации на графике мы видим что 13 измерений и тогда мы можем посчитать информационный объём звукового файла получается что объём звукового файла равен частоте дискретизации умноженное на время звучания умноженное на глубину кодирования звука и умножить на количество каналов звучания нашем случае частота дискретизации равна 13 длительность звучания одной секунде глубина дискретизации 3 бита и количество каналов звучания единицы таким образом получается что наш звуковой файл занимает объем 39 бит так же мы можем редактировать звук редактирования звука это любое преобразование звуков мы можем очистить звук от шумов разделить стерео запись на два различных файла микшировать звуки и наложить эффекты микширование это процесс создания из отдельных записанных треков конечную запись следующий после аранжировки этапа создания звукозапись то есть микшировать звуки это накладывать звуковые дорожки друг на друга редактирование звука происходит звуковых редакторов звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук но редактировать его оцифрованный звук представляется звуковых редакторов наглядной форме на нем можно выполнить следующие операции это копирование и перемещение удаление частей звуковой дорожки накладывать звуковые дорожки друг на друга микшировать звуки и об этом я уже говорила применять различные акустические эффекты эха воспроизведения в обратном направлении и множество других эффектов при сохранении соков форматах со сжатием отбрасывается избыточный для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью совпадающие по времени со звуковыми частотами с большей интенсивностью применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы десятки раз однако приводит к необратимой потерей информации файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде форматы звуковых файлов или цифровой аудио формат это формат представления звуковых данных используемых при цифровой звукозаписи а также для дальнейшего хранения записанного материала на компьютере и других электронных носителях информации так называемых звуковых носителях стандартный формат звуковых файлов это mp3 подведем итоги урока сегодня на уроке мы познакомились с понятием звука его основными характеристиками и с тем как представляется звук памяти компьютера узнали как кодируется звуковая информация