Кодирование  ЗВУКОВОЙ  ИНФОРМАЦИИ

 

Звук - как ощущение

        Звуковые волны улавливаются слуховым органом и вызывают в нем раздражение, которое передается по нервной системе в головной мозг, создавая ощущение звука.

Колебания барабанной перепонки в свою очередь передаются во внутреннее ухо и раздражают слуховой нерв. Так образом человек воспринимает звук.

       Великий Бетховен был глухим. Он приставлял к роялю конец своей трости, а другой ее конец прижимал к зубам. И звук доходил до его внутреннего уха, которое было цело.

 

      Почти глухие люди разговаривают по телефону, прижимая трубку к височной кости.

      Глухие часто танцуют под музыку – звук проникает в их внутреннее ухо через пол и кости скелета.

 

Вот такими извилистыми путями доходят звуки  до слухового нерва человека.

 

Звук – физическое  явление,

вызываемое колебаниями упругого тела (например струны).  Эти колебания образуют в воздухе так называемые звуковые волны.

 

      Звуковые образы могут быть зафиксированы на пластинках, магнитных лентах, лазерных дисках и так далее.

 

 

История  звукозаписывающей техники

 

      26 сентября 1887 года Томас Эдисон запатентовал фонограф – первый в мире прибор для записи и воспроизведения звука. Идея машины, записывающей, неограниченное время сохраняющей и воспроизводящей человеческую речь и музыку, была совершенно новой.

 

Позднее немецкий ученый Эмиль Берлинер изобрел граммофон. Это устройство имело воспроизводящую иглу, мембрану, ее держатель и акустический усилитель звукового сигнала или рупор.

 

Также Берлинер изобрел способ массового тиражирования грампластинок, в качестве материала предложил состав, основным компонентом которого была шеллачная смола. Шеллачные пластинки выпускались до середины XX века, пока не были вытеснены ещё более дешёвыми из поливинилхлорида, или «винила».

 

 

Свойства звука

 

В аналоговой форме звук представляет собой волну, которая характеризуется:

  • Высота звука определяется частотой колебаний вибрирующего тела.
  • Громкость звука определяется энергией колебательных движений, то есть амплитудой колебаний. 
  • Длительность звука - продолжительность колебаний.
  • Тембром звука называется окраска звука.

 

Звук  в  компьютере

 

В основе кодирования звука с использованием ПК лежит – процесс преобразования колебаний электрического тока в последовательности 0 и 1.

Звук записывается через микрофон, создающий непрерывный электрический сигнал.

 

Звук воспроизводится через колонки (или наушники), работающие под действием непрерывного электрического сигнала.

 

        Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. На которой расположен аналого-цифровой преобразователь.

 

Современные  звуковые карты обеспечивают 16-битное или 24- битное кодирование звука.

 

Дискретизация

 

В основе кодирования звука с использованием ПК лежит – процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока и последующая дискретизация аналогового электрического сигнала.

Временная дискретизация – способ преобразования звука в цифровую форму путем разбивания звуковой волны на отдельные временные участки где амплитуды этих участков квантуются (им присваивается определенное значение).

 

Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек".

 

 

Качество  кодирования звука

зависит от:

ü частоты дискретизации - количество изменений уровня сигнала в единицу времени
ü  глубины кодирования - количество уровней звука

 

 

Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8 КГц, глубине дискретизации 8 битов и режима "моно").

 

Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 КГц, глубине дискретизации 24 битов и режим "стерео".

 

 

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.

 

Определение объема звукового файла

 

Размер цифрового аудиофайла  измеряется по формуле:     A = k*t*i*ch,

где k – частота дискретизации (Гц),

       t – время звучания или записи звука,

       i - разрядность регистра (разрешение),

       ch – число дорожек.

 

Задача 1.

Оценить информационный объем цифрового стерео звукового файла длительностью звучания 1 секунда при высоком  качестве звука (16 бит, 48кГц).

 

Решение:  48 000 × 16 бит × 1 с × 2 =  1 536 000 бит / 8 / 1024  = 187,5 Кбайт

 

Задача 2.

Оценить информационный объем цифрового стерео звукового файла длительностью звучания 1 минута при среднем качестве звука (16 битов, 24  кГц).

 

Решение:  24 000 × 16 бит × 60 × 2 = 46 080 000 бит / 8 / 1024 5 760 000 байт = 5 625 Кбайт ≈ 5,5 Мбайт
 

 

Домашнее задание -  Решить задании:

           1. Определить количество уровней сигнала 24-битной звуковой карты.

           2. Уместиться ли песня на дискету размером 1,44 Мбайта, если она имеет следующие параметры: стерео длительностью звучания 3 минуты при качестве звука - 16 битов, 16  кГц.