Решение задач на кодирование звуковой информации. Кодирование и обработка звуковой информации Вычисление объема звукового файла

Решение задач на кодирование звуковой информации .

1. Теоретическая часть

При решении задач учащиеся опираются на следующие понятия:

Временная дискретизация – процесс, при котором, во время кодирования непрерывного звукового сигнала, звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук.

Глубина звука (глубина кодирования) - количество бит на кодировку звука.

Количество различных уровней громкости рассчитываем по формуле N= 2 I , где I – глубина звука.

Частота дискретизации – количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 сек). Чем больше частота дискретизации, тем точнее процедура двоичного кодирования. Частота измеряется в герцах (Гц).

Качество двоичного кодирования – величина, которая определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Разрядность регистра - число бит в регистре аудио адаптера. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического тока в число и обратно. Если разрядность равна I, то при измерении входного сигнала может быть получено 2 I =N различных значений.

1. Практическая часть. Разбор и решение задачи.

Задача 1 . Оцените информационный объём цифрового звукового стерео файла длительностью 20 секунд при глубине кодирования 16 бит и частоте дискретизации 10000 Гц? Результат представить в Кбайтах, округлить до сотых.

При решении таких задач надо не забывать следующее:

Что моно - 1 канал, стерео - 2 канала

Задача 2 . Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит.

Дано: I = 8 бит=1 байт t = 10 сек η = 22,05 кГц = 22,05 * 1000 Гц = 22050 Гц	I - разрядность звуковой карты, t - время звучания аудиофайла, η - частота дискретизации	Решение: V(Инфор.) = I · η ·t V(Инфор.) = 22050 *10 *1 = 220500 байт Ответ: V(Инфор.) = 220500 байт
Найти: V(информационный объём)-?

Знание составляется из мелких
крупинок ежедневного опыта.
Д.И. Писарев

Цели: Применение теоретических знаний на практике.
Задачи урока:
Научить принципу двоичного кодирования при оцифровке звука;
Познакомить с понятием временной дискретизации звука;
Установить зависимость между качеством кодирования звука, глубиной кодирования и частотой дискретизации;
Научить оценивать информационный объем аудиофайла;
Записывать звук с помощью компьютера, сохранять его в звуковых файлах в формате WAV, воспроизводить.

Ход урока:

I. Организационный момент 1. Звучит музыка
2. Слова учителя:

Тема нашего урока «Двоичное кодирование звуковой информации». Сегодня мы познакомимся с понятием временной дискретизации звука, установим эксперементальным путем зависимость между качеством кодирования звука, глубиной кодирования и частотой дискретизации, научимся оценивать объем аудифайлов, записывать звук с помощью компьютера, сохранять его в звуковых файлах в формате WAV и воспроизводить.

II. Актуализация знаний учащихся. Вопросы: (ответы записывать в бланк №1)

1. Перечислите виды существования информации? (числовая, текстовая, графическая, звуковая).
2. Какое ключевое слово можно подобрать к видеоряду? (кодирование информации).
3. Что называют глубиной звука? (глубина звука или глубина кодирования - количество бит информации на кодировку звука).
4. Какие уровни громкости может иметь звук? (звук может иметь различные уровни громкости.

5. Что называется частотой дискретизации? (Частота дискретизации - количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 секунду).
6. По какой формуле вычисляется размер цифрового моноаудиофайла?
(А=Д*Т*I).
Д- частота дискретизации;
Т- время звучания или записи звука;
I- разрядность регистра.
7. По какой формуле вычисляется размер цифрового стереоаудиофайла?
А=2*Д*Т*I

III. Решение задач. Задача №1 (Семакин. №88 стр. 157, задачник №1). Бланк №1.

Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44.1 кГц и расширении 16 бит.

IV. Изучение нового материала.

С начала 90-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.
С помощью специальных программных средств (редакторов звукозаписей) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания речи и, в результате, появляется возможность управления компьютером при помощи голоса.
Из курса физики вам известно, что звук представляет собой механическую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой (рис. 1). Чем выше амплитуда, тем громче звук, чем меньше частота, тем ниже тон. Компьютер -устройство цифровое, поэтому непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в последовательность электрических импульсов (нулей и единиц). Для этого плоскость, на которой графически представлена звуковая волна, разбивается на горизонтальные и вертикальные линии (рис. 2 и рис. 3). Горизонтальные линии -это уровни громкости, а вертикальные - количество измерений за 1 секунду(одно измерение в секунду - это один герц), или частота дискретизации (Гц). Такой способ позволяет заменить непрерывную зависимость на дискретную последовательность уровней громкости, каждой из которых присваивается значение в двоичном коде (рис. 4).

рис.1	рис.2	рис.3	рис.4

Количество уровней громкости зависит от глубины звука - количества байтов, используемыз для кодирования одного уровня. Обычно 8 кГц и уровень квантования (код длиной 8 бит).
, где N- количество уровней громкости, а I - глубина звука (биты)

Пример: Бланк №3
Решение:
1)кодирование с частотой 5 Гц - это значит, что происходит измерений высоты звука в 1 сек. Глубина 4 бита - означает, что используются 16 уровней громкости.
«округлять» значения высоты звука будем до ближайшего нижнего уровня. (Результат кодирования: 1000 1000 1001 О11О 0111)

2) Для расчета информационного объема закодированного звука (А) используется простая формула: А = D * i * Т, где: D - частота дискретизации (Гц); i - глубина звука (бит); Т - время звучания (сек).
Получаем: А = 5 Гц * 4 бита * 1 сек = 20 бит.

V. Обучающая самостоятельная работа. Бланк №5

VI. Исследовательское задание. Бланк №6

Группы №1-5. Установить зависимость между качеством двоичного кодирования звука и информационным объемом аудиофайла для звуковой информации различного содержания (монологическая речь, диалогическая речь, стихотворение, песня); зависимость между информационным объемом файла и режимом записи (моно, стерео).

Ход исследовательской работы:

1) Заполнить бланк №2.
2) Записать результаты в таблицу, полученные в ходе эксперимента.
3) Сделать вывод.

VII. Подведение итогов работы в группах
VIII. Мини проект Музыкальные и звуковые возможности.
Обозначения: Программа: "В лесу родилась елочка"
SCRN 7
LINE (20,0)-(300,180),2,BF
FOR I=l TO 2000
X=280*RND+20 Y=180*RND
C=16*RND
PSET(X,Y),C
NEXT I
SLEEP 1
LINE (150,140)-(170,160),6,BF
PSET(110,140)
LINE-(210,140), 10
LINE-(160,110),10
LINE- (110,140),10
PAINT (160,120), 10,10
LOCATE 24,10
PRINT «В лесу родилась елочка»
PLAY «ms+80 02 18 caajafcc»
PSET (120,110)
LINE-(200,110),10
LINE-(160,85),10
LINE-(120,110),10
PAINT (160,90),10,10
LOCATE 24,10
PRINT "В лесу она росла",
PLAY "caab->dc4"
PSET (130,85)
LINE-(190,85),10
LINE-(160,65),10
LINE-(130,85), 10
PAINT (160,70),10,10
LOCATE 24,10
PRINT «ЗИМОЙ И ЛЕТОМ СТРОЙНАЯ»
PLAY "c PSET (140,65)
LINE-(180,65), 10
LINE -(160,50), 10
LINE - PAINT (160,60), 10,10
LOCATE 24,10
PRINT "ЗЕЛЕНАЯ БЫЛА"
PLAY "caajofu"
SLEEP
STOP
IX Итог урока

1). Контроль уровня усвоения программного материала
1. При частоте дискретизации 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует:

а) качеству звучания аудио-CD;
б) качеству радиотрансляции;
в) среднему качеству.

2. В каком формате сохраняются звуковые файлы:

a) DOC;
б) WAV;
в) BMP.

3. Качество кодирования непрерывного звукового сигнала зависит:

а) от частоты дискретизации и глубины кодирования;
б) от глубины цвета и разрешающей способности монитора;
в) от международного стандарта кодирования.

4. Два звуковых файла записаны с одинаковой частотой дискретизации и глубиной кодирования. Информационный объем файла, записанного в стереорежиме, больше информационного объема файла, записанного в монорежиме:

а) в 4 раза;
б) объемы одинаковые;
в) в 2 раза.

2). Оценка знаний и умений учащихся.
3). Слово учителя.

Безусловно, оценка качества звучания - во многом субъективна и зависит от нашего восприятия. Компьютер, так же как и человек, кодирует звуковую информацию с целью хранения и последующего воспроизведения. Подумайте, а в чем разница между звуковой информацией, хранимой в памяти ПК и в памяти человека? (Ответ: у человека процесс кодирования звука тесно связан с эмоциями).
Таким образом, компьютер хранит звук, а человек музыку!!! Музыка -единственный язык, на котором душа говорит с душою (Бертольд Авербах). Она может поднять в небеса, пробудить чувства, сковать разум и вселить страх. Для каждого человека музыка своя. Какие эмоции или ассоциации вызывает у вас «Лунная соната»?... Теплый взгляд любящего человека, нежное касание материнской руки, а теперь возможно, что эти чарующие звуки будут напоминать вам и об уроке информатики. Все это, согласитесь, недоступно цифровому двоичному коду.

Х. Домашнее задание Задачи № 89,91,92 стр 157.

Вариант 1

Лабораторная работа

«Кодирование и обработка звуковой информации»

Цели:

образовательная
воспитательная –
развивающая –

Ход работы:

Решите

Имя файла

f- частота дискретизации

k -глубина звука

t- время звучания

Тип файла

44,1 кГц

16 бит

1 мин

стерео

1.wav

8 кГц

8 бит

1 мин

моно

2 .wav

16 кГц

16 бит

1 мин

стерео

3 .wav

24 кГц

16 бит

1 мин

моно

4 .wav

32 кГц

16 бит

1 мин

стерео

для заданий 7-9

5.wav

Покажите заполненную частично таблицу учителю.

Запустите звуковой редактор Audacity .

Выполните обрезку звучания предложенного вам файла до 1 минуты, выделив нужный отрезок времени, выполните команду Правка - Обрезать по краям.

Конвертируйте wav .

В звуковом редактореAudacity Например

Сравните

Сдайте отчет учителю для проверки.

Вариант 2

Лабораторная работа

«Кодирование звуковой информации»

Цели:

образовательная - обеспечить формирование и использование учащимися знаний о кодировании звуковой информации с помощью компьютера, а также навыков по её обработке c использованием прикладного программного обеспечения;
воспитательная – воспитывать внимательность, аккуратность, самостоятельность;
развивающая – навыки использования прикладного программного обеспечения; умение решать информационные задачи.

Требования к оборудованию и ПО : наушники, звуковые файлы для учащихся, звуковой редактор Audacity , программа Звукозапись OC Windows .

Ход работы:

Решите задачи из приведенной таблицы.

Найдите объем звуковой информации по формуле V = f *k *t , где

f - частота дискретизации, k - глубина звука, t - время звучания

Решение задач представьте в виде таблицы.

В столбце «Расчетный объем звукового файла» самостоятельно запишите ответы решенных задач. Ответ дать в мегабайтах.

Имя файла

f- частота дискретизации

k -глубина звука

t- время звучания

Тип файла

Расчетный объем звукового файла

Реальный объем звукового файла

44,1 кГц

16 бит

45 с

стерео

1.wav

8 кГц

8 бит

45 с

стерео

2 .wav

1 1,025 кГц

16 бит

45 с

моно

3 .wav

24 кГц

Запустите звуковой редактор Audacity .

Выполните обрезку звучания предложенного вам файла до 45секунд, выделив нужный отрезок времени, выполните команду Правка - Обрезать по краям.

Конвертируйте предложенный вам файл в файл с расширением wav . Сохраните этот файл с этим же именем.

В звуковом редактореAudacity создайте эффекты для предложенного вам звукового файла. Например , последние 10 секунд файла сделать с затуханием

Разделите стереодорожку, а затем удалите одну из дорожек. Преобразуйте данный файл из стерео в моно. Сохраните данный файл с новым именем и расширением wav.

Сравните объемы файлов. Заполните таблицу данными.

Сдайте отчет учителю для проверки.

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Практическое занятие

Работа со звуковой системой ПК. Вычисление информационного объёма закодированного звука

Цель работы: Ознакомиться с компьютерными акустическими системами. Научиться находить информационный объём закодированного звука.

уметь :

Выбирать рациональную конфигурацию оборудования в соответствии с решаемой задачей;

Определять совместимость аппаратного и программного обеспечения;

Осуществлять модернизацию аппаратных средств.

В результате выполнения практической работы обучающийся должен знать :

Основные конструктивные элементы средств вычислительной техники;

Периферийные устройства вычислительной техники;

Нестандартные периферийные устройства.

Теоретическая часть

Звуковое оборудование - обязательный элемент каждого аудиовизуального комплекса. Система звукового сопровождения обязательно включает в себя источники звука и акустические системы. В её состав также может входить оборудование для усиления, микширования и обработки звуковых сигналов. К системе звукового сопровождения могут быть отнесены элементы систем конференцсвязи, конгресс-систем, системы протоколирования.

Источниками аудиоинформации могут служить:

· аппараты воспроизведения (DVD-проигрыватели, TV-тюнеры и т.д.);

· компьютерная техника (ноутбуки, медиа серверы и т.д.);

· проводные и радиомикрофоны, микрофонные пульты конгресс-систем, оборудование для синхронного перевода;

· системы аудио - и видеоконференцсвязи;

· устройства протоколирования.

Для корректной записи и воспроизведения звука в состав системы звукового сопровождения входят устройства для усиления сигналов, микширования и обработки.

Цифровая аудио платформа представляет собой небольшой модуль, который заменяет целый шкаф с аналогичными аналоговыми устройствами, избавляет от сложной системы коммутации, имеет удобный интерфейс настройки и управления, и значительно дешевле аналогового решения.

Тюнер - персональное абонентское устройство, служащее для выделения и демодуляции сигнала. ТВ-тюнер - род тюнера, предназначенный для приёма телевизионного сигнала в различных форматах вещания с показом на компьютере или просто на отдельном мониторе.

По конструктивному исполнению ТВ-тюнеры бывают внешние (подключаются к компьютеру либо через USB, либо между компьютером и дисплеем через видеокабель) и внутренние (вставляются в слот ISA, или PCI, или PCI-Express).

Звуковая карта - дополнительное оборудование ПК, позволяющее обрабатывать звук. В современных компьютерах звуковые карты представлены интегрированного в материнскую плату кодека.

Звуковые файлы - файлы, содержащие цифровую запись аудиоданных. Существует два основных типа звуковых файлов: с оцифрованным звуком и нотной записью . Звуковые файлы представляют собой составную часть мультимедиа.

Существуют звуковые файлы различных форматов:

· MIDI - запись музыкальных произведений в виде команд синтезатору; музыкальные файлы компактны, голос человека не воспроизводят.

· WAV - универсальный звуковой формат, в котором хранится полная информация об оцифрованном звуке.

· MP 3 - формат сжатия аудиоинформации с регулируемой потерей информации, позволяющий сжимать файлы в несколько раз в зависимости от заданного битрейта. Даже при самом высоком битрейте - 320Кби/с - обеспечивает четырёхкратное сжатие по сравнению с компакт-дисками.

· APE -формат сжатия аудиоинформации без потери информации.

Файлы с оцифрованным звуком - звуковые файлы, в которых исходная непрерывная (аналоговая) форма сигнала записана в виде последовательности коротких дискретных значений амплитуд звукового сигнала, измеренных через одинаковые промежутки времени и имеющих между собой весьма малый интервал. Процесс замены непрерывного сигнала последовательностью его значений называют дискретизацией, а такую форму записи - импульсно-кодовой. Файлы с оцифрованным звуком бывают двух видов: с заголовком и без заголовка.

Файлы с нотной записью - звуковые файлы, которые содержат последовательность команд, сообщающих, какую ноту, каким инструментом и как долго нужно воспроизводить в тот или иной момент времени.

Рассмотрим основные стандарты многоканального звука .

DolbyStereo - стандарт на технологию цифровой записи звукового сопровождения фильмов для кинотеатров, позволяющий кодировать на двух звуковых дорожках киноплёнки четыре канала: левый, центральный, правый и тыловой. Считанный с киноплёнки сигнал преобразуется декодером в четырёхканальный, дающий эффект окружающего звука. Без декодера звук воспроизводиться как обычный двухканальный стерео.

DolbySurround (DSS) - система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять три звуковых канала: левый, правый и тыловой. Считанный с киноплёнки сигнал декодируется в трёхканальный. При отсутствии декодера воспроизводится обычный двухканальный стереозвук.

DolbyPro-Logic (DPL) - система, позволяющая из закодированного двухканального сигнала выделять четыре звуковых канала: левый, центральный, правый и тыловой. Система использует дополнительный громкоговоритель центрального канала, который «привязывает» диалоги к экрану, а эффект окружающего звучания воспроизводится через тыловые каналы.

DolbyDigital -- это стандарт для декодирования многоканального звука, в котором звук представляется шестью отдельными каналами: пятью каналами окружающего звука (левым, правым, центральным и двумя фронтальными) и одним низкочастотным каналом (сабвуфером). Представление звука изначально было цифровым, а частотный диапазон был расширен с 20 Гц до 20 кГц (на данный момент частотный диапазон составляет от 3 Гц до 20 кГц для пяти каналов и от 3 Гц до 120 кГц для канала сабвуфера). Данный стандарт является сегодня одним из самых распространенных.

DolbiDigital (AC-3) - самый популярный на сегодняшний день формат многоканального звука, принятый в качестве звукового стандарта для видеодисков формата DVD. Этот полностью цифровой формат содержит 6 независимых каналов звука, из них 5 полно диапазонных (30 - 20 000 Гц): три фронтальных (левый, центральный и правый) и два тыловых, плюс один низкочастотный (20-120 Гц) канал сабвуфера. Звучание фонограмм, записанное в формате DolbiDigital, характеризуется очень высоким качеством звука - полностью отсутствует шум носителя (как это явно присутствует, например, в аудио кассетах).

DolbySurround AC3 -- упрощенный вариант стандарта DolbyDigital, предназначенный для систем домашних кинотеатров. От стандарта DolbyDigital данный стандарт отличается сниженными скоростями потока данных.

DTS (DigitalTheaterSystem) представляет собой стандарт шестиканального звука, только с гораздо более высоким качеством. Коэффициент сжатия составляет здесь 4:1, а скорость потока данных (битрейт) -- 882 Кбит/с (алгоритм apt-X100). Благодаря меньшей степени сжатия и более совершенному алгоритму, качество звука, закодированного в DTS, гораздо выше, чем у DolbyDigital, однако последний стандарт более распространен в связи с широким распространением DVD.

DolbyProLogic II , представляет собой дальнейшее развитие стандартов DolbyStereoProLogic, позволяет декодеру раскладывать обычный стереозвук на шесть каналов.

DolbyProLogicIIx -- это следующий шаг в развитии стандарта DolbyProLogic II. В данном случае подразумевается возможность разложения стереозвука на семь или на восемь каналов. Возможны три режима декодирования:

* фильм (Movie) -- дублирование центрального канала или тыловых каналов;

* игра (Play) -- сигнал всего лишь дополнительно направляется на «новые каналы»;

* музыка (Music).

Ни в одном из режимов не используется информация с фронтальных каналов (только с центрального и тыловых).

DolbyDigital EX - вариант стандарта DolbyProLogicIIx, предназначенный для домашних кинотеатров.

DolbyDigitalSurround EX -- это относительно новый, расширенный до 7 каналов вариант стандарта DolbyDigitalSurround. В данном стандарте имеется еще один задний канал, который дублирует существующий центральный канал, если исходный звук записан в формате 5+1. Если же исходный файл представлен в формате 6+1, то дополнительный канал становится еще одним полноценным каналом окружающего звука.

DTS-ES -- это полноценный аналог стандарта DolbyDigital EX, но от компании DTS. Данный стандарт также позволяет кодировать звук в форматах 6+1 и 7+1 и раскладывать звук формата 5+1, закодированный в DTS, соответственно на семь или восемь каналов.

Звук - это волновые колебания в упругой среде. Звук характеризуется частотой (измеряется в герцах, 1 Гц=1колебание в секунду, человек воспринимает звуки в диапазоне от 16 Гц до 20 кГц) и амплитудой (сила звука, звуковое давление измеряется в Паскалях, воспринимаемая человеком громкость звука - от 20мкПа до 200 Па).

Временная дискретизация - это процесс, при котором звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причём для каждого устанавливается определённая амплитуда.

Частота дискретизации показывает, сколько раз в секунду измеряется моментальное значение сигнала. Если сигнал оцифровывается при частоте дискретизации 44 кГц, то измерения производятся 44 000 раз в секунду.

Количество уровней громкости выражается глубиной звука - количеством бито, используемых для кодирования одного уровня.

Битрейт - скорость передачи данных, задаваемая при кодировании. Может изменяться от 8 до 320Кбит/с. Чем больше битов информации записано в секунду, тем с меньшими потерями будет воспроизведён исходный материал - тем больше места в памяти компьютера занимает MP3 - файл. Уменьшение битрейта ведёт к ухудшению качества звучания и уменьшению информационного объёма звукового файла.

1 кГц=1000 Гц

1 мГц=1000000 Гц

Количество уровней громкости

где i - глубина звука (бит).

Рассмотрим пример расчёта информационного объёма закодированного звука моно звукового файла.

Решение.

Для расчёта информационного объёма закодированного звука будем использовать следующую формулу:

где D - частота дискретизации, Гц; i - глубина звука, бит; T - время звучания, с.

Получаем: звук аудиоинформация компьютер закодированный

V=5Гц*4бит*1с=20бит

Рассмотрим пример расчёта информационного объёма закодированного звука стерео файла.

V = DiNT ,

где D - частота дискретизации, Гц; i - глубина звука, бит; N - число каналов (1 - моно, 2 - стерео);T - время звучания, с.

Практическая часть

1. Перерисуйте структуру звуковой системы ПК в тетрадь и отметьте на ней основные модули.

2. Заполните таблицу, описав модули звуковой системы ПК.

Модуль звуковой системы	Описание, основные характеристики
Записи и воспроизведения	a) Частота дискретизации . Определяет максимальную частоту записываемого или воспроизводимого сигнала. Человеческий голос - 6-8 КГц. Музыка невысокого качества - 20-25 КГц. Высококачественное звучание - не менее 44 КГц, в идеале 48 КГц; b) Тип и разрядность АЦП и ЦАП . Определяет разрядность представления цифрового сигнала (8, 16, 18, 20 или 24 бит), динамический диапазон (в децибелах от 90 дБА) и уровень шумов квантования. Разрядность АЦП и ЦАП от 16 и больше бит позволяет обеспечить студийное качественное звучание; c) Способ кодирования аудиоданных , т.е. точность воспроизведения исходного звука, уровень искажения, качество сжатия звукового сигнала; d) Возможность работы в режиме FullDuplex . Т.е. возможность одновременной записи и воспроизведения звукового сигнала. Существует три режима передачи данных по какому либо каналу определяющие направление передачи сигнала: симплекс (и), полу дуплекс (иили з) и дуплекс (полный дуплекс FullDuplex ).
Синтезатора	a) Метод синтеза звука . Определяет не только качество звука, но и ее состав. Звуковая система ПК может содержать несколько синтезаторов. Выделяют 2 метода синтеза звука: ·FM-синтез (FrequencyModulationSynthesis- частотная модуляция ) - синтезатор используется во всех недорогих звуковых картах. Обеспечивает приемлемое качество звука. Полифония составляет 20 голосов. Звуковые эффекты не реализуются. ·WT-синтез (WaveTableSynthesis- таблица синтеза звуковых волн ). Звук генерируется с высоким качеством, так как для его генерации используется специальная таблица, в которой содержатся предварительно оцифрованные образцы звучания реальных музыкальных инструментов и других звуков. Полифония - от 20 и больше голосов ? b) Объем памяти . Зависит от модели звуковой карты. Используется для хранения патчей. Может быть изменен за счет установки дополнительных модулей памяти (RAMили ROM). Это позволяет загружать дополнительные банки инструментов, что может значительно изменить звучание MIDI-файлов, как в лучшую, так и в худшую сторону. c) Возможность аппаратной обработки сигнала для создания звуковых эффектов . Для создания звуковых эффектов используется специальный эффект-процессор . В зависимости от типа эффект-процессора можно осуществлять обработку всех звуковых каналов синтезатора одновременно, обработку отдельных MIDI-каналов или звучание отдельных голосов синтезатора (общие, поканальные и голосовые эффект-процессоры ). Данный эффект-процессор позволяет снять с центрального процессора большую нагрузку по обработке звука. d) Полифония - максимальное количество одновременно воспроизводимых элементарных звуков. Для каждого типа звуковой карты значение полифонии может быть свое. (от 20 и больше голосов).
Интерфейсов	Обеспечивает обмен данными между звуковой системой и другими устройствами - как внешними, так и внутренними. Включает в себя следующие типы интерфейсов: a) Системный интерфейс . Подключение звуковой карты может осуществляться через шину ISA(8-и разрядная, пропускная способность 2-6 Мбит/с) и через шину PCI(16-ти разрядная, пропускная способность от 100 до 260 Мбит/с). Звуковые карты с интерфейсом ISAна сегодняшний день уже устарели, так как они не обеспечивают реализации нестандартных функций обработки и передачи звуковых данных и имеют низкую пропускную способность. Шина PCIимеет достаточно широкую полосу пропускания и обеспечивает параллельную передачу потока звуковых данных. b) MIDI-интерфейс. (MusicalInstrumentDigitalInterface) - это цифровой интерфейс музыкальных инструментов. Позволяет MIDI-инструментам подключаться друг к другу, а также обмениваться информацией и работать совместно. На самой звуковой карте MIDI-порты отсутствуют, поэтому подключение к ПК MIDI-инструментов и устройств осуществляется с помощью специального MIDI-адаптера. c) Интерфейс для подключения дочерних карт. Звуковая система ПК может иметь специальный интерфейс для подключения дочерних плат. Путем установки дочерней платы можно увеличивать полифонию звуковой системы и качественно изменять метод синтеза. Например, если раньше применялся только FM-синтез, то можно добавить WT-синтез. Дочерняя плата обычно устанавливается в специальный 26-контактный разъем расположенный на звуковой карте. d) Интерфейс для подключения приводов CD-ROM . Входит в состав звуковой карты. Через специальный разъем на звуковой карте и специальный выход на приводе CD-ROMа они соединяются с помощью гибкого кабеля. Совсем недавно - это был единственный способ подключения привода CD-ROMк компьютеру.
	Модуль микшера звуковой карты производит: a) Коммутацию (подключение/отключение) источников и приемников звуковых сигналов; b) Регулирование уровня входных и выходных звуковых сигналов; Микширование (смешивание) нескольких звуковых сигналов и регулирование уровня результирующего сигнала. Управление микшером осуществляется программно средствами Windows или с помощью специальных программ-микшеров. Включает в себя наушники и колонки. Они непосредственно преобразуют звуковой электрический сигнал в акустические колебания и, тем самым, в значительной степени влияют на качество звука.
Акустической системы	По количеству каналов звучания акустическая система может быть: Монофоническая (1 канал); Стереофоническая (2 канальная); DolbyDigital(от 6 и более каналов).

3. Решите задачи по вариантам.

4. Ответьте на контрольные вопросы.

Вариант 1

1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 3 секунд речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бит.

Вариант 2

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 10 с с частотой дискретизации 20 Гц и глубиной звука 5 бит.

2. Определите объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 2 минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.

Вариант 3

1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 7 с речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бит.

2. Объем звукового файла 5,25 Мб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность звучания этого файла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?

Вариант 4

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 15 с с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 4 бит.

2. Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы - 8. С какой частотой дискретизации записан звук?

Вариант 5

1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 3 с речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 3 бит.

2. Рассчитайте время звучания звукового файла объемом 3.5 Мбайт, содержащего стерео запись с частотой дискретизации 44 100 Гц и разрядностью кода 16 бит.

Вариант 6

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 10 секунд с частотой дискретизации 25 Гц и глубиной звука 6 бит.

2. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит.

13-П Оле гВариант 7

1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 5 секунд речи с частотой дискретизации 3 Гц и глубиной звука 4 бит.=60 бит.

2. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео звука, если записано звучание 20 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 3 бит.=900 бит.

Вариант 8

1. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит.

2. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 12 секунд речи с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бит.

Вариант 9

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стерео-звука, если записано звучание 30 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука15 бит.

2. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации -- 22050 Гц. Какова разрядность аудио адаптера.

Вариант 10

1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 17 секунд речи с частотой дискретизации 16 Гц и глубиной звука 14 бит.

3. 16 бит и 8 кГц.

Вариант 11

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 150 секунд с частотой дискретизации 20 Гц и глубиной звука 4 бит.

Вариант 12

1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 13 с речи с частотой дискретизации 8 Гц и глубиной звука 12 бит.

2. Рассчитайте время звучания моно аудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 6300 Кбайт.

Вариант 13

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 25 секунд с частотой дискретизации 25 Гц и глубиной звука 16 бит.

2. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано 55 секунд речи с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 5 бит.

Вариант 14

1. Чему равно время звучания при 16-битном кодировании, частоте дискретизации 32 кГц и объёме моно аудиофайла 700 Кбайт.

2. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 120 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 23 бит.

2. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 38 с речи с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 3 бит.

Вариант 16

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 100 секунд с частотой дискретизации 27 Гц и глубиной звука 15 бит.

2. Рассчитайте объём монофонического аудиофайла длительностью 10 с при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44,1 к Гц.

Вариант 17

1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 70 с речи с частотой дискретизации 25 Гц и глубиной звука 4 бит.

Вариант 18

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 215 секунд с частотой дискретизации 5кГц и глубиной звука 3 бит.

Вариант 19

1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 34 с речи с частотой дискретизации 45 Гц и глубиной звука 7 бит.

2. Рассчитайте время звучания моно аудиофайла, если при 4-битном кодировании и частоте дискретизации 16 кГц его объем равен 350 Кбайт.

Вариант 20

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 126 секунд с частотой дискретизации 32 Гц и глубиной звука 6 бит.

2. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 4 минуты при частоте дискретизации 55 кГц и расширении 32 бит.

Вариант 21

1. Рассчитайте информационный объём закодированного звука, если записано звучание 14 с речи с частотой дискретизации 13 Гц и глубиной звука 12 бит.

2. Объем свободной памяти на диске - 512 Мбайт, разрядность звуковой платы - 32. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 66100 Гц.

Вариант 22

1. Рассчитайте информационный объём закодированного стереозвука, если записано звучание 25 секунд с частотой дискретизации 15 Гц и глубиной звука 16 бит.

2. Определить объем памяти для хранения стерео-аудиофайла, время звучания которого составляет 2 минуты, если известно, что частота дискретизации равна 40 000 Гц, а глубина кодирования звука равна 16 бит.

Контрольные вопросы

1. Дайте определения понятиям «звук» и «звуковая система ПК»?

2. Какие основные функции выполняет звуковая система ПК?

3. Каковы основные этапы аналого-цифрового и цифроаналогового преобразования?

4. Какие применяют методы синтеза звука?

5. Какие функции выполняет модуль микшера и что относится к числу его основных характеристик?

6. Дайте определения понятиям «временная дискретизация» и «битрейт»?

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Исследование понятия звука, его скорости, длины волны, порогов слышимости. Описание программ для обработки звука, позволяющих записывать музыку, менять тембр звучания, высоту, темп. Особенности звуковых редакторов, реставраторов и анализаторов аудио.

реферат , добавлен 03.11.2013


Формат звукового файла wav, способ его кодирования. Реализация возможностей воспроизведения звука в среде программирования MATLAB. Составление функциональной схемы программы. Апробирование информационной технологии воспроизведения звуковых файлов.

курсовая работа , добавлен 13.02.2016


Цифровое представление звуковых сигналов. Устройства вывода звуковой информации: колонки, динамик и наушники. Устройства ввода звуковой информации. Частота и интенсивность звука. Амплитуда звуковых колебаний, мощность источника звука, диапазон колебаний.

реферат , добавлен 08.02.2011


Анализ процесса оцифровки зависимости интенсивности звукового сигнала от времени. Характеристика технологии создания музыкальных звуков в современных электромузыкальных цифровых синтезаторах. Изучение основных звуковых форматов, способов обработки звука.

курсовая работа , добавлен 23.11.2011


Рассмотрение основ поддержки звука в современных компьютерах и основных аудиоустройств. Изучение правил установки звуковой карты и драйверов, выбор колонок. Описание проблем, связанных с аппаратным и программным обеспечением. Алгоритм обработки звука.

курсовая работа , добавлен 16.03.2014


Восприятие звуковых раздражений. Частота, амплитуда, фаза как характеристики звука. Представление и способы передачи цифровой информации. Особенности дискретизации звука. Способы записи информации: бит в бит; сжатие; структура болванки CD-R; запись CD-R.

реферат , добавлен 10.11.2009


Генерирование и сохранение мелодии в виде звукового файла формата wav. Проведение частотного анализа полученного сигнала. Зависимость объема wav-файлов от разрядности кодирования сигнала. Спектр нот записанного wav-файла с заданной разрядностью.

лабораторная работа , добавлен 30.03.2015


Модели звуковых карт, их возможности, качество звука и размеры. Устройство звуковых карт и принципы их функционирования. Методы генерации звука, применяющиеся в звуковых платах. Особенности системы пространственного звуковоспроизведения Dolby Digital.

реферат , добавлен 13.03.2011


Техническая характеристика сигналов в системах цифровой обработки. Описание программ для обработки цифровой и синтезированной звуковой информации, шумоподавление звука. Профессиональная обработка звука и звуковой волны: сжатие, запись, сэмплирование.

курсовая работа , добавлен 01.03.2013


История компьютеризации музыкального обучения. Функциональные возможности компьютера по организации обмена музыкальной информацией. Рассмотрение технологий и средств обработки звуковой информации. Применение технологии создания позиционируемого 3D звука.

При решении задач учащиеся опираются на следующие понятия:

Временная дискретизация – процесс, при котором, во время кодирования непрерывного звукового сигнала, звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Чем больше амплитуда сигнала, тем громче звук.

Глубина звука (глубина кодирования) - количество бит на кодировку звука.

Уровни громкости (уровни сигнала) - звук может иметь различные уровни громкости. Количество различных уровней громкости рассчитываем по формуле N = 2 I где I – глубина звука.

Частота дискретизации – количество измерений уровня входного сигнала в единицу времени (за 1 сек). Чем больше частота дискретизации, тем точнее процедура двоичного кодирования. Частота измеряется в герцах (Гц). 1 измерение за 1 секунду -1 ГЦ.

1000 измерений за 1 секунду 1 кГц. Обозначим частоту дискретизации буквой D . Для кодировки выбирают одну из трех частот: 44,1 КГц, 22,05 КГц, 11,025 КГц.

Считается, что диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 кГц .

Качество двоичного кодирования – величина, которая определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации.

Аудиоадаптер (звуковая плата) – устройство, преобразующее электрические колебания звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и обратно (из числового кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

Характеристики аудиоадаптера: частота дискретизации и разрядность регистра.).

Разрядность регистра - число бит в регистре аудиоадаптера. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического тока в число и обратно. Если разрядность равна I , то при измерении входного сигнала может быть получено 2 I = N различных значений.

Размер цифрового моноаудиофайла (A ) измеряется по формуле:

A = D * T * I /8 , где D – частота дискретизации (Гц), T – время звучания или записи звука, I разрядность регистра (разрешение). По этой формуле размер измеряется в байтах.

Размер цифрового стереоаудиофайла (A ) измеряется по формуле:

A =2* D * T * I /8 , сигнал записан для двух колонок, так как раздельно кодируются левый и правый каналы звучания.

Учащимся полезно выдать таблицу 1 , показывающую, сколько Мб будет занимать закодированная одна минута звуковой информации при разной частоте дискретизации:

1. Размер цифрового файла

Уровень «3»

1. Определить размер (в байтах) цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 бит. Файл сжатию не подвержен. (, стр. 156, пример 1)

Решение:

Формула для расчета размера (в байтах) цифрового аудио-файла: A = D * T * I /8.

Для перевода в байты полученную величину надо разделить на 8 бит.

22,05 кГц =22,05 * 1000 Гц =22050 Гц

A = D * T * I /8 = 22050 х 10 х 8 / 8 = 220500 байт.

Ответ: размер файла 220500 байт.

2. Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 бит. (, стр. 157, №88)

Решение :

A = D * T * I /8. – объем памяти для хранения цифрового аудиофайла.

44100 (Гц) х 120 (с) х 16 (бит) /8 (бит) = 10584000 байт= 10335,9375 Кбайт= 10,094 Мбайт.

Ответ: ≈ 10 Мб

Уровень «4»

3. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность? (, стр. 157, №89)

Решение:

Формула для расчета частоты дискретизации и разрядности: D* I =А/Т

(объем памяти в байтах) : (время звучания в секундах):

2, 6 Мбайт= 2726297,6 байт

D* I =А/Т= 2726297,6 байт: 60 = 45438,3 байт

D=45438,3 байт: I

Разрядность адаптера может быть 8 или 16 бит. (1 байт или 2 байта). Поэтому частота дискретизации может быть либо 45438,3 Гц = 45,4 кГц ≈ 44,1 кГц –стандартная характерная частота дискретизации, либо 22719,15 Гц = 22,7 кГц ≈ 22,05 кГц - стандартная характерная частота дискретизации

Ответ:

	Частота дискретизации	Разрядность аудиоадаптера
1 вариант	22,05 КГц	16 бит
2 вариант	44,1 КГц	8 бит

4. Объем свободной памяти на диске - 5,25 Мб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц? (, стр. 157, №90)

Решение:

Формула для расчета длительности звучания: T=A/D/I

(объем памяти в байтах) : (частота дискретизации в Гц) : (разрядность звуковой платы в байтах):

5,25 Мбайт = 5505024 байт

5505024 байт: 22050 Гц: 2 байта = 124,8 сек
Ответ: 124,8 секунды

5. Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы - 8. С какой частотой дискретизации записан звук? (, стр. 157, №91)

Решение:

Формула для расчета частоты дискретизации: D =А/Т/I

(объем памяти в байтах) : (время записи в секундах) : (разрядность звуковой платы в байтах)

1,3 Мбайт = 1363148,8 байт

1363148,8 байт: 60: 1 = 22719,1 Гц

Ответ: 22,05 кГц

6. Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,1 Мб. Частота дискретизации - 22050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера? (, стр. 157, №94)

Решение:

Формула для расчета разрядности: (объем памяти в байтах) : (время звучания в секундах): (частота дискретизации):

5, 1 Мбайт= 5347737,6 байт

5347737,6 байт: 120 сек: 22050 Гц= 2,02 байт =16 бит

Ответ: 16 бит

7. Объем свободной памяти на диске - 0,01 Гб, разрядность звуковой платы - 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44100 Гц? (, стр. 157, №95)

Решение:

Формула для расчета длительности звучания T=A/D/I

(объем памяти в байтах) : (частота дискретизации в Гц) : (разрядность звуковой платы в байтах)

0,01 Гб = 10737418,24 байт

10737418,24 байт: 44100: 2 = 121,74 сек =2,03 мин
Ответ: 20,3 минуты

8. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин. если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно:
а) 16 бит и 8 кГц;
б) 16 бит и 24 кГц.

(, стр. 76, №2.82)

Решение:

а).
16 бит х 8 000 = 128000 бит = 16000 байт = 15,625 Кбайт/с
15,625 Кбайт/с х 60 с = 937,5 Кбайт

б).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 24 000 = 384000 бит = 48000 байт = 46,875 Кбайт/с
2) Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
46,875 Кбайт/с х 60 с =2812,5 Кбайт = 2,8 Мбайт

Ответ: а) 937,5 Кбайт; б) 2,8 Мбайт

Уровень «5»

Используется таблица 1

9. Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты? (, стр. 157, №92)

Решение:

Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1КГц и разрядности аудиоадаптера, равной 16.
Формула для расчета объема памяти: (время записи в секундах) x (разрядность звуковой платы в байтах) x (частота дискретизации):
180 с х 2 х 44100 Гц = 15876000 байт = 15,1 Мб
Ответ: 15,1 Мб

10. Цифровой аудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб? (, стр. 157, №93)

Решение:

Для мрачного и приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации - 11, 025 КГц, разрядности аудиоадаптера - 8 бит (см. таблицу 1). Тогда T=A/D/I. Переведем объем в байты: 650 Кб = 665600 байт

Т=665600 байт/11025 Гц/1 байт ≈60.4 с

Ответ: длительность звучания равна 60,5 с

Решение:

Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 48 000 х 2 = 1 536 000 бит = 187,5 Кбайт (умножили на 2, так как стерео).

Информационный объем звукового файла длительностью 1 минута равен:
187,5 Кбайт/с х 60 с ≈ 11 Мбайт

Ответ: 11 Мб

Ответ: а) 940 Кбайт; б) 2,8 Мбайт.

12. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен:
а) 700 Кбайт;
б) 6300 Кбайт

(, стр. 76, №2.84)

Решение:

а).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:

700 Кбайт: 62,5 Кбайт/с = 11,2 с

б).
1) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 32 000 = 512000 бит = 64000 байт = 62,5 Кбайт/с
2) Время звучания моноаудиофайла объемом 700 Кбайт равно:
6300 Кбайт: 62,5 Кбайт/с = 100,8 с = 1,68 мин

Ответ: а) 10 сек; б) 1,5 мин.

13. Вычислить, сколько байт информации занимает на компакт-диске одна секунда стереозаписи (частота 44032 Гц, 16 бит на значение). Сколько занимает одна минута? Какова максимальная емкость диска (считая максимальную длительность равной 80 минутам)? (, стр. 34, упражнение №34)

Решение:

Формула для расчета объема памяти A = D * T * I :
(время записи в секундах) * (разрядность звуковой платы в байтах) * (частота дискретизации). 16 бит -2 байта.
1) 1с х 2 х 44032 Гц = 88064 байт (1 секунда стереозаписи на компакт-диске)
2) 60с х 2 х 44032 Гц = 5283840 байт (1 минута стереозаписи на компакт-диске)
3) 4800с х 2 х 44032 Гц = 422707200 байт=412800 Кбайт=403,125 Мбайт (80 минут)

Ответ: 88064 байт (1 секунда), 5283840 байт (1 минута), 403,125 Мбайт (80 минут)

2. Определение качества звука.

Для определения качества звука надо найти частоту дискретизации и воспользоваться таблицей №1

256 (28) уровней интенсивности сигнала - качество звучания радиотрансляции, использованием 65536 (216) уровней интенсивности сигнала - качество звучания аудио-CD. Самая качественная частота соответствует музыке, записанной на компакт-диске. Величина аналогового сигнала измеряется в этом случае 44 100 раз в секунду.

Уровень «5»

13. Определите качество звука (качество радиотрансляции, среднее качество, качество аудио-CD) если известно, что объем моноаудиофайла длительностью звучания в 10 сек. равен:
а) 940 Кбайт;
б) 157 Кбайт.

(, стр. 76, №2.83)

Решение:

а).
1) 940 Кбайт= 962560 байт = 7700480 бит
2) 7700480 бит: 10 сек = 770048 бит/с
3) 770048 бит/с: 16 бит = 48128 Гц –частота дискретизации – близка к самой высокой 44,1 КГц
Ответ: качество аудио-CD

б).
1) 157 Кбайт= 160768 байт = 1286144 бит
2) 1286144 бит: 10 сек = 128614,4 бит/с
3) 128614,4 бит/с: 16 бит = 8038,4 Гц
Ответ: качество радиотрансляции

Ответ: а) качество CD; б) качество радиотрансляции.

14. Определите длительность звукового файла, который уместится на гибкой дискете 3,5”. Учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байт.
а) при низком качестве звука: моно, 8 бит, 8 кГц;
б) при высоком качестве звука: стерео, 16 бит, 48 кГц.

(, стр. 77, №2.85)

Решение:

а).

8 бит х 8 000 = 64 000 бит = 8000 байт = 7,8 Кбайт/с
3) Время звучания моноаудиофайла объемом 1423,5 Кбайт равно:
1423,5 Кбайт: 7,8 Кбайт/с = 182,5 с ≈ 3 мин

б).
1) Информационный объем дискеты равен:
2847 секторов х 512 байт = 1457664 байт = 1423,5 Кбайт
2) Информационный объем звукового файла длительностью в 1 секунду равен:
16 бит х 48 000 х 2= 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт/с
3) Время звучания стереоаудиофайла объемом 1423,5 Кбайт равно:
1423,5 Кбайт: 187,5 Кбайт/с = 7,6 с

Ответ: а) 3 минуты; б) 7,6 секунды.

3. Двоичное кодирование звука.

При решении задач пользуется следующим теоретическим материалом:

Для того, чтобы кодировать звук, аналоговый сигнал, изображенный на рисунке,

плоскость разбивается на вертикальные и горизонтальные линии. Вертикальное разбиение –это дискретизация аналогового сигнала (частота измерения сигнала), горизонтальное разбиение - квантование по уровню. Т. е. чем мельче сетка – тем качественнее приближен аналоговый звук с помощью цифр. Восьмибитное квантование применяется для оцифровки обычной речи (телефонного разговора) и радиопередач на коротких волнах. Шестнадцатибитное – для оцифровки музыки и УКВ (ультро-коротко-волновые) радиопередач.

Уровень «3»

15. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука? (, стр. 77, №2.86)

Решение:

Длина кода аналогового сигнала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала равна 8 битам, с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала равна 16 битам. Так как длина кода одного сигнала увеличилась вдвое, то информационные объемы оцифрованного звука различаются в 2 раза.

Ответ: в 2 раза.

Уровень « 4»

16. Согласно теореме Найквиста-Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал можно было точно восстановить по его дискретному представлению (по его отсчетам), частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты этого сигнала.

· Какова должна быть частота дискретизации звука, воспринимаемого человеком?

· Что должно быть больше: частота дискретизации речи или частота дискретизации звучания симфонического оркестра?

Цель: познакомить учащихся с характеристиками аппаратных и программных средств работы со звуком. Виды деятельности: привлечение знаний из курса физики (или работа со справочниками). (, стр. ??, задача 2)

Решение:

Считается, что диапазон частот, которые слышит человек, составляет от 20 Гц до 20 кГц. Таким образом, по теореме Найквиста-Котельникова, для того чтобы аналоговый сигнал можно было точно восстановить по его дискретному представлению (по его отсчетам), частота дискретизации должна быть как минимум вдвое больше максимальной звуковой частоты этого сигнала. Максимальная звуковая частота которую слышит человек -20 КГц, значит, аппарату ра и программные средства должны обеспечивать частоту дискретизации не менее 40 кГц, а точнее 44,1 КГц. Компьютерная обработка звучания симфонического оркестра предполагает более высокую частоту дискретизации, чем обработка речи, поскольку диапазон частот в случае симфонического оркестра значительно больше.

Ответ: не меньше 40 кГц, частота дискретизации симфонического оркестра больше.

Уровень»5»

17. На рисунке изображено зафиксированное самописцем звучание 1 секунды речи. Закодируйте его в двоичном цифровом коде с частотой 10 Гц и длиной кода 3 бита. (, стр. ??, задача 1)

Решение:

Кодирование с частотой 10 Гц означает, что мы должны измерить высоту звука 10 раз за секунду. Выберем равноотстоящие моменты времени:

Длина кода в 3 бита означает 23 = 8 уровней квантования. То есть в качестве числового кода высоты звука в каждый выбранный момент времени мы можем задать одну из следующих комбинаций: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Их всего 8, следовательно, высоту звука можно измерять на 8 «уровнях»:

«Округлять» значения высоты звука будем до ближайшего нижнего уровня:

Используя данный способ кодирования, мы получим следующий результат (пробелы поставлены для удобства восприятия): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Примечание. Целесообразно обратить внимание учащихся на то, насколько неточно код передает изменение амплитуды. То есть частота дискретизации 10 Гц и уровень квантования 23 (3 бита) слишком малы. Обычно для звука (голоса) выбирают частоту дискретизации 8 кГц, т. е. 8000 раз в секунду, и уровень квантования 28 (код длиной 8 бит).

Ответ: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

18. Объясните, почему уровень квантования относится, наряду с частотой дискретизации, к основным характеристикам представления звука в компьютере. Цели: закрепить понимание учащимися понятий «точность представления данных», «погрешность измерения», «погрешность представления»; повторить с учащимися двоичное кодирование и длину кода. Вид деятельности: работа с определениями понятий. (, стр. ??, задача 3)

Решение:

В геометрии, физике, технике есть понятие «точность измерения», тесно связанное с понятием «погрешность измерения». Но есть еще и понятие «точность представления». Например, про рост человека можно сказать, что он: а) около. 2 м, б) чуть больше 1,7 м, в) равен 1 м 72 см, г) равен 1 м 71 см 8 мм. То есть для обозначения измеренного роста можно использовать 1, 2, 3 или 4 цифры.
Так же и для двоичного кодирования. Если для записи высоты звука в конкретный момент времени использовать только 2 бита, то, даже если измерения были точны, передать можно только 4 уровня: низкий (00), ниже среднего (01), выше среднего (10), высокий (11). Если использовать 1 байт, то можно передать 256 уровней. Чем выше уровень квантования , или, что то же самое, чем больше битов отводится для записи измеренного значения, тем точнее передается это значение.

Примечание. Следует отметить, что измерительный инструмент тоже должен поддерживать выбранный уровень квантования (длину, измеренную линейкой с дециметровыми делениями, нет смысла представлять с точностью до миллиметра).

Ответ: чем выше уровень квантования тем точнее передается звук.

Литература:

[ 1] Информатика. Задачник-практикум в 2 т. /Под ред. , : Том 1. – Лаборатория Базовых Знаний, 1999 г. – 304 с.: ил.

Практикум по информатике и информационным технологиям . Учебное пособие для общеобразовательных учреждений / , . – М.: Бином. Лаборатория Знаний, 2002. 400 с.: ил.

Информатика в школе: Приложение к журналу «Информатика и образование». №4 - 2003. - М.: Образование и Информатика, 2003. - 96 с.: ил.

И др. Информационная культура: одирование информации. Информационные модели. 9-10 класс: Учебник для общеобразовательных учебных заведений. - 2-е изд. - М.: Дрофа, 1996. - 208 с.: ил.

Сенокосов по информатике для школьников. - Екатеринбург: «У-Фактория», 2003. - 346. с54-56.