Formula volumului informațiilor sonore. Codificare audio

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Studenții, studenții absolvenți, tinerii oameni de știință care folosesc baza de cunoștințe în studiile și munca lor vă vor fi foarte recunoscători.

postat pe http://www.allbest.ru/

Lecție practică

Lucrați cu sistemul de sunet pentru PC. Calculul volumului de informații al sunetului codificat

Scopul lucrării: Familiarizați-vă cu sistemele de difuzoare pentru computer. Aflați cum să găsiți volumul de informații al sunetului codificat.

a fi capabil să:

Alegeți o configurație rațională a echipamentelor în conformitate cu sarcina rezolvată;

Determinați compatibilitatea hardware-ului și software-ului;

Efectuați upgrade hardware.

Ca urmare a lucrărilor practice, studentul trebuie stiu:

Elemente structurale de bază ale instalațiilor informatice;

Dispozitive periferice de tehnologie informatică;

Periferice non-standard.

Partea teoretică

Echipamentul de sunet este un element indispensabil al oricărui complex audiovizual. Sistemul de sunet include în mod necesar surse de sunet și sisteme acustice. Poate include, de asemenea, echipamente pentru amplificarea, mixarea și procesarea semnalelor audio. Elementele sistemelor de conferințe, sisteme de congrese, sisteme de înregistrare pot fi atribuite sistemului de acompaniament sonor.

Sursele de informații audio pot fi:

· dispozitive de redare (DVD playere, tunere TV etc.);

· echipamente informatice (laptop-uri, servere media etc.);

· microfoane cu fir și radio, console de microfoane ale sistemelor de congres, echipamente pentru traducere simultană;

sisteme de audio - şi video conferinţe;

dispozitive de logare.

Pentru înregistrarea și redarea corectă a sunetului, sistemul de sunet include dispozitive pentru amplificarea, mixarea și procesarea semnalului.

Platformă audio digitală este un modul mic care înlocuiește un întreg dulap cu dispozitive analogice similare, elimină necesitatea unui sistem de comutare complex, are o configurație convenabilă și interfață de control și este mult mai ieftină decât o soluție analogică.

Tuner - un dispozitiv de abonat personal care servește la izolarea și demodularea unui semnal. tuner TV- un fel de tuner conceput pentru a recepționa un semnal de televiziune în diverse formate de difuzare cu afișaj pe un computer sau pur și simplu pe un monitor separat.

Conform designului, tunerele TV sunt extern(conectat la computer fie prin USB, fie între computer și afișaj printr-un cablu video) și intern(inserat într-un slot ISA, PCI sau PCI-Express).

placa de sunet - echipament PC suplimentar care vă permite să procesați sunetul. În calculatoarele moderne, plăcile de sunet sunt reprezentate de un codec integrat în placa de bază.

Fișiere de sunet - fișiere care conțin o înregistrare digitală a datelor audio. Există două tipuri principale de fișiere de sunet: sunet digitalizatȘi notație muzicală. Fișierele de sunet sunt o parte integrantă a multimedia.

Există fișiere de sunet de diferite formate:

· MIDI - înregistrarea lucrărilor muzicale sub formă de comenzi către sintetizator; fișierele muzicale sunt compacte, vocea umană nu este reprodusă.

· WAV - format audio universal care stochează informații complete despre sunetul digitizat.

· MP3 - un format de comprimare a informațiilor audio cu pierdere reglabilă de informații care vă permite să comprimați fișierele de mai multe ori în funcție de rata de biți specificată. Chiar și la cel mai mare bitrate - 320 Kbps - oferă o compresie de patru ori mai mare decât CD-urile.

· MAIMUŢĂ- format pentru comprimarea informațiilor audio fără pierderi de informații.

Fișiere audio digitizate - fișiere audio în care forma de undă continuă (analogică) originală este înregistrată ca o secvență de valori discrete scurte ale amplitudinilor semnalului audio, măsurate la intervale regulate și având un interval foarte mic între ele. Procesul de înlocuire a unui semnal continuu cu o secvență a valorilor sale este numit discretizare,și această formă de scriere - codul pulsului. Există două tipuri de fișiere audio digitizate: cu si fara titlu.

Fișiere de notație- fișiere de sunet care conțin o secvență de comenzi care spun ce notă, ce instrument și pentru cât timp să cânte la un moment dat.

Considera principalele standarde pentru audio multicanal.

Dolby Stereo- un standard pentru tehnologia digitală de înregistrare a sunetului filmelor pentru cinematografe care permite codificarea a patru canale pe două coloane sonore de film: stânga, centru, dreapta și spate. Semnalul citit din film este convertit de decodor într-un semnal cu patru canale, dând efectul de sunet surround. Fără un decodor, sunetul este redat ca stereo normal cu două canale.

Dolby Surround (DSS)- un sistem care vă permite să selectați trei canale audio dintr-un semnal codificat cu două canale: stânga, dreapta și spate. Semnalul citit din film este decodat într-un semnal cu trei canale. În absența unui decodor, este reprodus sunetul stereo normal cu două canale.

Dolby Pro-Logic (DPL)- un sistem care vă permite să selectați patru canale audio dintr-un semnal codificat cu două canale: stânga, centru, dreapta și spate. Sistemul folosește un difuzor opțional pentru canalul central care ancorează dialogul pe ecran, în timp ce efectul surround este reprodus prin canalele din spate.

Dolby ® Digital este un standard pentru decodarea audio multicanal în care sunetul este reprezentat de șase canale separate: cinci canale surround (stânga, dreapta, centru și două frontale) și un canal de joasă frecvență (subwoofer). Reprezentarea sunetului a fost inițial digitală și gama de frecvență a fost extinsă de la 20 Hz la 20 kHz (în prezent, intervalul de frecvență este de la 3 Hz la 20 kHz pentru cinci canale și de la 3 Hz la 120 kHz pentru canalul subwoofer). Acest standard este unul dintre cele mai comune astăzi.

DolbiDigital (AC-3) este cel mai popular format audio multicanal de astăzi, adoptat ca standard audio pentru discurile video DVD. Acest format complet digital conține 6 canale audio independente, dintre care 5 sunt full-range (30 - 20.000 Hz): trei în față (stânga, centru și dreapta) și două în spate, plus un subwoofer de joasă frecvență (20-120 Hz) canal. Sunetul fonogramelor înregistrate în format DolbiDigital se caracterizează printr-o calitate foarte înaltă a sunetului - nu există deloc zgomot purtător (cum este prezent în mod clar, de exemplu, în casetele audio).

Dolby Surround AC3-- o versiune simplificată a standardului DolbyDigital concepută pentru sistemele home theater. Acest standard diferă de standardul DolbyDigital prin rate reduse de biți.

DTS (Sistem de teatru digital) este un standard de sunet cu șase canale, doar cu o calitate mult mai mare. Raportul de compresie aici este de 4:1, iar rata de date (bit rate) este de 882 Kbps (algoritm apt-X100). Datorită raportului de compresie mai scăzut și a algoritmului mai avansat, calitatea audio codificat DTS este mult mai mare decât cea a DolbyDigital, dar ultimul standard este mai răspândit datorită utilizării pe scară largă a DVD-ului.

Dolby ProLogic II, este o dezvoltare ulterioară a standardelor DolbyStereoProLogic, permite decodorului să descompună sunetul stereo convențional în șase canale.

DolbyProLogicIIx este următorul pas în dezvoltarea standardului DolbyProLogic II. În acest caz, este implicată posibilitatea descompunerii sunetului stereo în șapte sau opt canale. Sunt posibile trei moduri de decodare:

* Film (Film) - duplicarea canalului central sau a canalelor din spate;

* joc (Play) - semnalul este trimis suplimentar doar către „canalele noi”;

* muzică (muzică).

Niciunul dintre moduri nu utilizează informații de pe canalele frontale (doar din centru și din spate).

DolbyDigital EX- o variantă a standardului DolbyProLogicIIx concepută pentru home theater.

Dolby Digital Surround EX este o versiune relativ nouă a standardului DolbyDigitalSurround extins la 7 canale. Acest standard are încă un canal din spate care dublează canalul central existent dacă sunetul original este înregistrat în format 5+1. Dacă fișierul sursă este prezentat în format 6+1, atunci canalul suplimentar devine un alt canal surround cu drepturi depline.

DTS-ES-- acesta este un analog cu drepturi depline al standardului DolbyDigital EX, dar de la DTS. Standardul permite, de asemenea, codificarea audio 6+1 și 7+1 și descompune audio 5+1 codificat DTS în șapte sau, respectiv, opt canale.

sunet - Acestea sunt oscilații de undă într-un mediu elastic. Sunetul este caracterizat frecvență(măsurată în herți, 1 Hz = 1 oscilație pe secundă, o persoană percepe sunete în intervalul de la 16 Hz la 20 kHz) și amplitudine(puterea sunetului, presiunea sonoră se măsoară în pascali, volumul sunetului perceput de o persoană este de la 20 μPa la 200 Pa).

discretizare temporală - acesta este un proces în care o undă sonoră este divizată în secțiuni de timp mici separate și pentru fiecare este setată o anumită amplitudine.

Frecvența de eșantionare arată de câte ori pe secundă este măsurată valoarea instantanee a semnalului. Dacă semnalul este digitizat la o rată de eșantionare de 44 kHz, atunci măsurătorile sunt efectuate de 44.000 de ori pe secundă.

Numărul de niveluri de volum este exprimat adâncimea sunetului- numărul de biți utilizați pentru a codifica un nivel.

Rata de biți- rata de transfer de date specificată în timpul codificării. Poate varia de la 8 la 320 Kbps. Cu cât se înregistrează mai multe biți de informații pe secundă, cu atât se va reproduce mai puțină pierdere materialul original - cu atât mai mult spațiu în memoria computerului ocupă fișierul MP3. Reducerea ratei de biți duce la o deteriorare a calității sunetului și o scădere a volumului de informații al fișierului audio.

1 kHz=1000 Hz

1MHz=1000000Hz

Numărul de niveluri de volum

unde i este adâncimea sunetului (biți).

Să luăm în considerare un exemplu de calcul al volumului de informații al sunetului codificat al unui fișier de sunet mono.

Soluţie.

Pentru a calcula volumul de informații al sunetului codificat, vom folosi următoarea formulă:

unde D - frecvența de eșantionare, Hz; i - adâncimea sunetului, bit; T - timpul de sunet, s.

Obținem: sunetul informații audio codificate computer

V=5Hz*4bit*1s=20bit

Să luăm în considerare un exemplu de calcul al volumului de informații al sunetului codificat al unui fișier stereo.

V= DiNT,

unde D - frecvența de eșantionare, Hz; i - adâncimea sunetului, bit; N - numărul de canale (1 - mono, 2 - stereo); T - timpul de sunet, s.

Partea practică

1. Redesenați structura sistemului de sunet pentru PC într-un notebook și marcați modulele principale pe acesta.

2. Completați tabelul care descrie modulele sistemului de sunet pentru PC.

Modul sistem de sunet	Descriere, caracteristici principale
Înregistrare și redare	A) *Frecvența de eșantionare* . Determină frecvența maximă a semnalului înregistrat sau redat. Vocea umană - 6-8 kHz. Muzică de calitate scăzută - 20-25 KHz. Sunet de înaltă calitate - cel puțin 44 kHz, ideal 48 kHz; b) *Tipul și capacitatea ADC și DAC* . Determină adâncimea de biți a semnalului digital (8, 16, 18, 20 sau 24 de biți), intervalul dinamic (în decibeli de la 90 dBA) și nivelul de zgomot de cuantizare. Adâncimea de biți a ADC și DAC de la 16 sau mai mulți biți vă permite să oferiți sunet de studio de înaltă calitate; c) *Metoda de codificare audio* , adică acuratețea reproducerii sunetului original, nivelul de distorsiune, calitatea compresiei semnalului audio; d) *Abilitatea de a lucra în modul Full Duplex* . Acestea. posibilitatea înregistrării și redării simultane a unui semnal audio. Există trei moduri de transmisie a datelor pe orice canal care determină direcția de transmisie a semnalului: simplex (s), half duplex (și sau h) și duplex (full duplex). *full duplex* ).
Sintetizator	A) *Metoda de sinteză a sunetului* . Determină nu numai calitatea sunetului, ci și compoziția acestuia. Un sistem de sunet pentru PC poate conține mai multe sintetizatoare. Există 2 metode de sinteză a sunetului: · sinteza FM(FrequencyModulationSynthesis - modulație de frecvență) - sintetizatorul este folosit în toate plăcile de sunet ieftine. Oferă o calitate acceptabilă a sunetului. Polifonia este de 20 de voci. Efectele de sunet nu sunt implementate. · WT-sinteză(WaveTableSynthesis - tabel de sinteză a undelor sonore). Sunetul este generat de înaltă calitate, deoarece pentru a-l genera este folosit un tabel special, care conține mostre predigitizate ale sunetului instrumentelor muzicale reale și ale altor sunete. Polifonie - 20 sau mai multe voci? b) *Memorie* . Depinde de modelul plăcii de sunet. Folosit pentru a stoca plasturi. Poate fi schimbat prin instalarea unor module de memorie suplimentare (RAM sau ROM). Acest lucru vă permite să încărcați bănci de instrumente suplimentare, care pot schimba semnificativ sunetul fișierelor MIDI, în bine sau în rău. c) *Posibilitatea de procesare hardware a semnalului pentru a crea efecte sonore* . Pentru a crea efecte sonore, o specială *procesor de efecte* . În funcție de tipul de procesor de efecte, puteți procesa simultan toate canalele audio ale sintetizatorului, puteți procesa canale MIDI individuale sau puteți suna voci individuale ale sintetizatorului ( procesoare generale, pe canal și pentru efecte vocale). Acest procesor de efecte vă permite să eliminați o încărcătură mare de procesare a sunetului de la procesorul central. d) *Polifonie* - numărul maxim de sunete elementare reproduse simultan. Pentru fiecare tip de placă de sunet, valoarea polifoniei poate fi diferită. (de la 20 sau mai multe voturi).
Interfețe	Oferă schimb de date între sistemul de sunet și alte dispozitive - atât externe, cât și interne. Include următoarele tipuri de interfețe: A) *Interfața de sistem* . Placa de sunet poate fi conectată prin magistrala ISA (8 biți, debit 2-6 Mbps) și prin magistrala PCI (16 biți, debit de la 100 la 260 Mbps). Plăcile de sunet cu interfață ISA sunt deja depășite astăzi, deoarece nu oferă implementarea unor funcții nestandard pentru procesarea și transmiterea datelor de sunet și au o lățime de bandă redusă. Busul PCI are o lățime de bandă suficient de mare și asigură transmisia paralelă a fluxului de date audio. b) *Interfață MIDI.* (MusicalInstrumentDigitalInterface) este interfața digitală a instrumentelor muzicale. Permite instrumentelor MIDI să se conecteze între ele, precum și să schimbe informații și să lucreze împreună. Nu există porturi MIDI pe placa de sunet în sine, astfel încât conectarea instrumentelor și dispozitivelor MIDI la un computer se realizează folosind un adaptor MIDI special. c) *Interfață pentru conectarea cardurilor pentru copii.* Sistemul de sunet pentru PC poate avea o interfață specială pentru conectarea plăcilor fiice. Prin instalarea unei plăci fiice, puteți crește polifonia sistemului de sunet și puteți schimba calitativ metoda de sinteză. De exemplu, dacă a fost utilizată anterior numai sinteza FM, atunci poate fi adăugată sinteza WT. Placa fiică este de obicei instalată într-un conector special cu 26 de pini situat pe placa de sunet. d) *Interfață pentru conectarea unităților CD-ROM* . Inclus în placa de sunet. Printr-un conector special de pe placa de sunet și o ieșire specială pe unitatea CD-ROM, acestea sunt conectate folosind un cablu flexibil. *Mai recent, aceasta a fost singura modalitate de a conecta o unitate CD-ROM la un computer.*
	Modulul mixer al plăcii de sunet produce: A) *comutarea* (conectare/deconectare) surse și receptoare de semnale sonore; b) *Regulament* nivelul semnalelor audio de intrare și ieșire; amestecarea(amestecarea) mai multor semnale audio și reglarea nivelului semnalului rezultat. Mixerul este controlat programatic folosind Windows sau folosind programe speciale de mixer. Include căști și difuzoare. Ele convertesc direct semnalul electric sonor în vibrații acustice și astfel afectează foarte mult calitatea sunetului.
sistem de boxe	După numărul de canale de sunet, sistemul de difuzoare poate fi: Monofonic (1 canal); Stereofonic (2 canale); DolbyDigital (de la 6 sau mai multe canale).

3. Rezolvați probleme prin opțiuni.

4. Răspundeți la întrebările de securitate.

Opțiunea 1

1. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 3 secunde de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 5 Hz și o adâncime a sunetului de 4 biți.

Opțiunea 2

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 10 s cu o rată de eșantionare de 20 Hz și o adâncime a sunetului de 5 biți.

2. Determinați cantitatea de spațiu de stocare pentru un fișier audio digital care are un timp de redare de 2 minute la o rată de eșantionare de 44,1 kHz și o rezoluție de 16 biți.

Opțiunea 3

1. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 7 s de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 5 Hz și o adâncime a sunetului de 4 biți.

2. Volumul fișierului de sunet este de 5,25 MB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 16. Care este durata sunetului acestui fișier, înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 22,05 kHz?

Opțiunea 4

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 15 secunde cu o rată de eșantionare de 15 Hz și o adâncime a sunetului de 4 biți.

2. Un minut de înregistrare a unui fișier audio digital ocupă 1,3 MB pe disc, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 8. Care este frecvența de eșantionare a sunetului?

Opțiunea 5

1. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 3 s de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 5 Hz și o adâncime a sunetului de 3 biți.

2. Calculați timpul de sunet al unui fișier de sunet de 3,5 MB care conține o înregistrare stereo cu o frecvență de eșantionare de 44 100 Hz și o dimensiune a codului de 16 biți.

Opțiunea 6

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 10 secunde cu o rată de eșantionare de 25 Hz și o adâncime a sunetului de 6 biți.

2. Determinați dimensiunea (în octeți) a unui fișier audio digital al cărui timp de redare este de 10 secunde la o rată de eșantionare de 22,05 kHz și o rezoluție de 8 biți.

13-P Ole G Opțiunea 7

1. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 5 secunde de vorbire este înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 3 Hz și o adâncime a sunetului de 4 biți = 60 de biți.

2. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat, dacă sunetul este înregistrat timp de 20 de secunde cu o frecvență de eșantionare de 15 Hz și o adâncime a sunetului de 3 biți = 900 biți.

Opțiunea 8

1. Determinați cantitatea de spațiu de stocare pentru un fișier audio digital care are un timp de redare de două minute la o rată de eșantionare de 44,1 kHz și o rezoluție de 16 biți.

2. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 12 secunde de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 5 Hz și o adâncime a sunetului de 4 biți.

Opțiunea 9

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 30 de secunde cu o rată de eșantionare de 15 Hz și o adâncime a sunetului de 15 biți.

2. Două minute de înregistrare audio digitală ocupă 5,1 MB de spațiu pe disc. Frecvența de eșantionare -- 22050 Hz. Care este adâncimea de biți a adaptorului audio.

Opțiunea 10

1. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 17 secunde de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 16 Hz și o adâncime a sunetului de 14 biți.

3. 16 biți și 8 kHz.

Opțiunea 11

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 150 de secunde cu o rată de eșantionare de 20 Hz și o adâncime a sunetului de 4 biți.

Opțiunea 12

1. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 13 secunde de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 8 Hz și o adâncime a sunetului de 12 biți.

2. Calculați timpul de redare al unui fișier audio mono dacă, cu codificare pe 16 biți și o rată de eșantionare de 32 kHz, volumul acestuia este de 6300 KB.

Opțiunea 13

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 25 de secunde cu o rată de eșantionare de 25 Hz și o adâncime a sunetului de 16 biți.

2. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunt înregistrate 55 de secunde de vorbire cu o rată de eșantionare de 15 Hz și o adâncime a sunetului de 5 biți.

Opțiunea 14

1. Care este timpul de redare pentru codarea pe 16 biți, rata de eșantionare de 32 kHz și fișier audio mono de 700 KB.

2. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 120 de secunde cu o rată de eșantionare de 15 Hz și o adâncime a sunetului de 23 de biți.

2. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 38 de secunde de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 15 Hz și o adâncime a sunetului de 3 biți.

Opțiunea 16

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 100 de secunde cu o rată de eșantionare de 27 Hz și o adâncime a sunetului de 15 biți.

2. Calculați volumul unui fișier audio mono de 10 secunde cu codare pe 16 biți și o rată de eșantionare de 44,1 kHz.

Opțiunea 17

1. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 70 de secunde de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 25 Hz și o adâncime a sunetului de 4 biți.

Opțiunea 18

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 215 secunde cu o rată de eșantionare de 5 kHz și o adâncime a sunetului de 3 biți.

Opțiunea 19

1. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 34 de secunde de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 45 Hz și o adâncime a sunetului de 7 biți.

2. Calculați timpul de redare al unui fișier audio mono dacă volumul acestuia este de 350 KB cu codare pe 4 biți și o rată de eșantionare de 16 kHz.

Opțiunea 20

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 126 de secunde cu o rată de eșantionare de 32 Hz și o adâncime a sunetului de 6 biți.

2. Determinați cantitatea de memorie pentru stocarea unui fișier audio digital care are un timp de redare de 4 minute la o rată de eșantionare de 55 kHz și o extensie de 32 de biți.

Opțiunea 21

1. Calculați volumul de informații al sunetului codificat dacă sunetul de 14 secunde de vorbire este înregistrat cu o rată de eșantionare de 13 Hz și o adâncime a sunetului de 12 biți.

2. Cantitatea de spațiu liber pe disc este de 512 MB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 32. Care este durata sunetului unui fișier audio digital înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 66100 Hz.

Opțiunea 22

1. Calculați volumul de informații al sunetului stereo codificat dacă sunetul este înregistrat timp de 25 de secunde cu o rată de eșantionare de 15 Hz și o adâncime a sunetului de 16 biți.

2. Determinați cantitatea de memorie pentru stocarea unui fișier audio stereo, al cărui timp de redare este de 2 minute, dacă se știe că frecvența de eșantionare este de 40.000 Hz, iar adâncimea de codificare audio este de 16 biți.

Întrebări de control

1. Definiți termenii „sunet” și „sistem de sunet pentru PC”?

2. Care sunt principalele funcții ale unui sistem de sunet pentru PC?

3. Care sunt principalele etape ale conversiei analog-digital și digital-analogic?

4. Ce metode de sinteză a sunetului se folosesc?

5. Ce funcții îndeplinește modulul mixer și care sunt principalele sale caracteristici?

6. Dați definiții conceptelor de „eșantionare temporală” și „bitrate”?

Găzduit pe Allbest.ru

Documente similare

Studiul conceptului de sunet, viteza acestuia, lungimea de undă, pragurile auditive. Descrierea programelor de procesare a sunetului, care permit înregistrarea muzicii, modificarea timbrului sunetului, înălțimea, tempo-ul. Caracteristici ale editorilor de sunet, restauratorilor și analizoarelor audio.

rezumat, adăugat 11.03.2013

formatul fișierului de sunet wav, cum este codificat. Implementarea capabilităților de redare a sunetului în mediul de programare MATLAB. Întocmirea unei scheme funcționale a programului. Aprobarea tehnologiei informației pentru redarea fișierelor de sunet.

lucrare de termen, adăugată 13.02.2016

Reprezentarea digitală a semnalelor sonore. Dispozitive de ieșire audio: difuzoare, difuzor și căști. Dispozitive de intrare audio. Frecvența și intensitatea sunetului. Amplitudinea vibrațiilor sonore, puterea sursei de sunet, gama de vibrații.

rezumat, adăugat la 02.08.2011

Analiza procesului de digitizare a dependenței de timp a intensității semnalului sonor. Caracteristicile tehnologiei de creare a sunete muzicale în sintetizatoarele digitale electromuzicale moderne. Învățarea formatelor de sunet de bază, a metodelor de procesare a sunetului.

lucrare de termen, adăugată 23.11.2011

O prezentare generală a elementelor de bază ale suportului de sunet în computerele moderne și dispozitivele audio de bază. Studierea regulilor de instalare a unei plăci de sunet și a driverelor, alegerea difuzoarelor. Descrierea problemelor legate de hardware și software. Algoritm de procesare a sunetului.

lucrare de termen, adăugată 16.03.2014

Percepția stimulilor sonori. Frecvența, amplitudinea, faza ca caracteristici ale sunetului. Reprezentarea și metodele de transmitere a informațiilor digitale. Caracteristici de eșantionare audio. Modalități de înregistrare a informațiilor: bit cu bit; comprimare; structura unui CD-R blank; Înregistrare CD-R.

rezumat, adăugat 11.10.2009

Generarea și salvarea unei melodii ca fișier audio în format wav. Efectuarea unei analize de frecvenţă a semnalului recepţionat. Dependența volumului fișierelor WAV de adâncimea de biți a codificării semnalului. Spectrul de note ale fișierului wav înregistrat cu o adâncime de biți dată.

lucru de laborator, adaugat 30.03.2015

Modele de plăci de sunet, capacitățile acestora, calitatea sunetului și dimensiunile. Dispozitivul plăcilor de sunet și principiile funcționării acestora. Metode de generare a sunetului utilizate în plăcile de sunet. Caracteristicile sistemului de sunet surround Dolby Digital.

rezumat, adăugat 13.03.2011

Caracteristicile tehnice ale semnalelor în sistemele de procesare digitală. Descrierea programelor de procesare a informațiilor audio digitale și sintetizate, suprimarea zgomotului sunetului. Procesare profesională a sunetului și a undelor sonore: compresie, înregistrare, eșantionare.

lucrare de termen, adăugată 03.01.2013

Istoria informatizării educației muzicale. Funcționalitatea computerului de a organiza schimbul de informații muzicale. Luarea în considerare a tehnologiilor și mijloacelor de prelucrare a informațiilor sonore. Aplicarea tehnologiei pentru crearea sunetului pozițional 3D.

Atunci când rezolvă probleme, elevii se bazează pe următoarele concepte:

Discretizare temporală - un proces în care, în timpul codificării unui semnal audio continuu, o undă sonoră este divizată în secțiuni de timp mici separate și pentru fiecare astfel de secțiune este setată o anumită valoare a amplitudinii. Cu cât amplitudinea semnalului este mai mare, cu atât sunetul este mai puternic.

Adâncimea audio (adâncimea codării) -numărul de biți per codificare audio.

Niveluri de volum (niveluri de semnal)- sunetul poate avea diferite niveluri de volum. Numărul de niveluri de volum diferite este calculat prin formulă N= 2 eu Undeeu- adâncimea sunetului.

Frecvența de eșantionare - numărul de măsurători ale nivelului semnalului de intrare pe unitatea de timp (la 1 secundă). Cu cât este mai mare rata de eșantionare, cu atât este mai precisă procedura de codificare binară. Frecvența este măsurată în herți (Hz). 1 măsurătoare în 1 secundă -1 Hz.

1000 de măsurători în 1 secundă 1 kHz. Notați cu literă frecvența de eșantionareD. Pentru codificare, alegeți una dintre cele trei frecvențe:44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Se crede că intervalul de frecvență pe care îl aude o persoană este 20 Hz până la 20 kHz.

Calitatea codificării binare -o valoare care este determinată de adâncimea de codificare și rata de eșantionare.

Adaptor audio (placa de sunet) - un dispozitiv care convertește vibrațiile electrice ale frecvenței sunetului într-un cod binar numeric atunci când sunetul este introdus și invers (de la un cod numeric la vibrații electrice) la redarea sunetului.

Specificații adaptor audio:rata de eșantionare și adâncimea de biți a registrului.).

Capacitate de înregistrare - numărul de biți din registrul adaptorului audio. Cu cât adâncimea de biți este mai mare, cu atât eroarea fiecărei conversii individuale a mărimii curentului electric într-un număr este mai mică și invers. Dacă adâncimea de biți este eu, apoi la măsurarea semnalului de intrare, 2eu = N valori diferite.

Dimensiunea fișierului audio digital mono (A) se măsoară cu formula:

A= D* T* eu/8 , UndeD – rata de eșantionare (Hz),T– ora sunetului sau înregistrării sunetului,euadâncimea de biți a registrului (rezoluție). Această formulă măsoară dimensiunea în octeți.

Dimensiunea fișierului audio digital stereo (A) se măsoară cu formula:

A=2* D* T* eu/8 , semnalul este înregistrat pentru două difuzoare, deoarece canalele de sunet stânga și dreapta sunt codificate separat.

Este util pentru elevi să distribuie tabelul 1, arătând câți MB va dura un minut codificat de informații audio la rate de eșantionare diferite:

1. Dimensiunea fișierului digital

Nivelul „3”

1. Determinați dimensiunea (în octeți) a unui fișier audio digital al cărui timp de redare este de 10 secunde la o rată de eșantionare de 22,05 kHz și o rezoluție de 8 biți. Fișierul nu este comprimat. (, pagina 156, exemplu 1)

Soluţie:

Formula pentru calculul mărimii (în octeți) fișier audio digital: A= D* T* eu/8.

Pentru a converti în octeți, valoarea rezultată trebuie împărțită la 8 biți.

22,05 kHz = 22,05 * 1000 Hz = 22050 Hz

A= D* T* eu/8 = 22050 x 10 x 8 / 8 = 220500 octeți.

Răspuns: dimensiunea fișierului este de 220500 octeți.

2. Determinați cantitatea de spațiu de stocare pentru un fișier audio digital care are un timp de redare de două minute la o rată de eșantionare de 44,1 kHz și o rezoluție de 16 biți. (, p. 157, nr. 88)

Soluţie:

A= D* T* eu/8. – cantitatea de memorie pentru stocarea fișierului audio digital.

44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (bit) / 8 (bit) = 10584000 octeți = 10335,9375 KB = 10,094 MB.

Răspuns: ≈ 10 Mb

Nivelul „4”

3. Utilizatorul are o memorie de 2,6 MB. Trebuie să înregistrați un fișier audio digital cu o durată de 1 minut. Care ar trebui să fie rata de eșantionare și adâncimea de biți? (, p. 157, nr. 89)

Soluţie:

Formula pentru calcularea ratei de eșantionare și a adâncimii de biți: D * I \u003d A / T

(memorie în octeți) : (timp de redare în secunde):

2,6 MB = 2726297,6 octeți

D* I \u003d A / T \u003d 2726297,6 octeți: 60 \u003d 45438,3 octeți

D=45438,3 octeți: I

Adâncimea de biți a adaptorului poate fi de 8 sau 16 biți. (1 octet sau 2 octeți). Prin urmare, rata de eșantionare poate fi fie 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz– frecvența de eșantionare caracteristică standard sau 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- rata de eșantionare caracteristică standard

Răspuns:

	Frecvența de eșantionare	Adâncimea de biți a adaptorului audio
1 opțiune	22,05 kHz	16 biți
Opțiunea 2	44,1 kHz	8 biți

4. Cantitatea de spațiu liber pe disc este de 5,25 MB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 16. Care este durata sunetului unui fișier audio digital înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 22,05 kHz? (, p. 157, nr. 90)

Soluţie:

Formula de calcul a duratei sunetului: T=A/D/I

(dimensiunea memoriei în octeți) : (frecvența de eșantionare în Hz) : (adâncimea de biți a plăcii de sunet în octeți):

5,25 MB = 5505024 octeți

5505024 octeți: 22050 Hz: 2 octeți = 124,8 secunde
Răspuns: 124,8 secunde

5. Un minut de înregistrare a unui fișier audio digital ocupă 1,3 MB pe disc, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 8. Care este rata de eșantionare a sunetului? (, p. 157, nr. 91)

Soluţie:

Formula ratei de eșantionare: D =A/T/I

(dimensiunea memoriei în octeți) : (timp de înregistrare în secunde) : (adâncimea de biți a plăcii de sunet în octeți)

1,3 MB = 1363148,8 octeți

1363148,8 octeți: 60:1 = 22719,1 Hz

Răspuns: 22,05 kHz

6. Două minute de înregistrare audio digitală ocupă 5,1 MB de spațiu pe disc. Frecvența de eșantionare - 22050 Hz. Care este bitness-ul adaptorului audio? (, p. 157, nr. 94)

Soluţie:

Formula de calcul a adâncimii de biți este: (memorie în octeți) : (timp de redare în secunde): (frecvență de eșantionare):

5, 1 MB = 5347737,6 octeți

5347737,6 octeți: 120 sec: 22050 Hz = 2,02 octeți = 16 biți

Răspuns: 16 biți

7. Cantitatea de memorie liberă de pe disc este de 0,01 GB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 16. Care este durata sunetului unui fișier audio digital înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 44100 Hz? (, p. 157, nr. 95)

Soluţie:

Formula de calcul a duratei sondei T=A/D/I

(dimensiunea memoriei în octeți) : (frecvența de eșantionare în Hz) : (adâncimea de biți a plăcii de sunet în octeți)

0,01 GB = 10737418,24 octeți

10737418,24 octeți: 44100: 2 = 121,74 sec = 2,03 min
Răspuns: 20,3 minute

8. Estimați volumul de informații al unui fișier audio mono cu o durată de 1 minut. dacă „adâncimea” codificării și rata de eșantionare a semnalului audio sunt egale, respectiv:
a) 16 biți și 8 kHz;
b) 16 biți și 24 kHz.

(, p. 76, nr. 2.82)

Soluţie:

A).
16 biți x 8.000 = 128.000 de biți = 16.000 de biți = 15,625 KB/s
15,625 KB/s x 60 s = 937,5 KB

b).
1) Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 secundă este egal cu:
16 biți x 24.000 = 384.000 de biți = 48.000 de biți = 46,875 KB/s
2) Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 minut este egal cu:
46,875 KB/s x 60 s = 2812,5 KB = 2,8 MB

Răspuns: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB

Nivelul „5”

Se folosește tabelul 1

9. Cât spațiu de stocare este necesar pentru a stoca un fișier audio digital de înaltă calitate cu o durată de redare de 3 minute? (, p. 157, nr. 92)

Soluţie:

O calitate ridicată a sunetului este obținută cu o rată de eșantionare de 44,1 kHz și o adâncime de biți a adaptorului audio de 16.
Formula pentru calcularea cantității de memorie este: (timpul de înregistrare în secunde) x (adâncimea de biți a plăcii de sunet în octeți) x (frecvența de eșantionare):
180 s x 2 x 44100 Hz = 15876000 octeți = 15,1 MB
Răspuns: 15,1 MB

10. Fișierul audio digital conține o înregistrare audio de calitate scăzută (sunetul este întunecat și înfundat). Care este durata sunetului unui fișier dacă volumul acestuia este de 650 KB? (, p. 157, nr. 93)

Soluţie:

Pentru un sunet sumbru și înfundat, următorii parametri sunt caracteristici: rata de eșantionare - 11,025 kHz, adâncimea de biți a adaptorului audio - 8 biți (vezi tabelul 1). Atunci T=A/D/I. Să traducem volumul în octeți: 650 KB = 665600 octeți

T=665600 octet/11025 Hz/1 octet ≈60,4 s

Răspuns: durata sunetului este de 60,5 s

Soluţie:

Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 secundă este egal cu:
16 biți x 48.000 x 2 = 1.536.000 biți = 187,5 KB (înmulțit cu 2 de la stereo).

Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 minut este egal cu:
187,5 KB/s x 60 s ≈ 11 MB

Răspuns: 11 MB

Răspuns: a) 940 KB; b) 2,8 MB.

12. Calculați timpul de redare al unui fișier audio mono dacă, cu codificare pe 16 biți și o rată de eșantionare de 32 kHz, volumul acestuia este egal cu:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

(, p. 76, nr. 2.84)

Soluţie:

A).
1) Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 secundă este egal cu:

700 KB: 62,5 KB/s = 11,2 s

b).
1) Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 secundă este egal cu:
16 biți x 32.000 = 512.000 de biți = 64.000 de biți = 62,5 KB/s
2) Timpul de redare al unui fișier audio mono de 700 KB este:
6300 KB: 62,5 KB/s = 100,8 s = 1,68 min

Răspuns: a) 10 secunde; b) 1,5 min.

13. Calculați câți octeți de informații ocupă o singură secundă dintr-o înregistrare stereo pe un CD (frecvență 44032 Hz, 16 biți pe valoare). Cât durează un minut? Care este capacitatea maximă a discului (presupunând o durată maximă de 80 de minute)? (, p. 34, exercițiul nr. 34)

Soluţie:

Formula pentru calcularea cantității de memorie A= D* T* eu:
(timp de înregistrare în secunde) * (adâncimea de biți a plăcii de sunet în octeți) * (rata de eșantionare). 16 biți - 2 octeți.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 octeți (1 secundă CD stereo)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 octeți (CD stereo de 1 minut)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 octeți = 412800 KB = 403,125 MB (80 de minute)

Răspuns: 88064 octeți (1 secundă), 5283840 octeți (1 minut), 403,125 MB (80 minute)

2. Definiția calității sunetului.

Pentru a determina calitatea sunetului, trebuie să găsiți frecvența de eșantionare și să utilizați tabelul nr. 1

256 (28) niveluri de intensitate a semnalului - calitatea sunetului transmisiei radio, folosind 65536 (216) niveluri de intensitate a semnalului - calitatea sunetului CD audio. Frecvența de cea mai înaltă calitate corespunde muzicii înregistrate pe CD. Mărimea semnalului analogic este măsurată în acest caz de 44.100 de ori pe secundă.

Nivelul „5”

13. Determinați calitatea sunetului (calitate difuzare, calitate medie, calitate CD audio) dacă știți că volumul unui fișier audio mono cu o durată a sunetului de 10 secunde. este egal cu:
a) 940 KB;
b) 157 KB.

(, p. 76, nr. 2.83)

Soluţie:

A).
1) 940 KB = 962560 de biți = 7700480 de biți
2) 7700480 bps: 10 sec = 770048 bps
3) 770048 bps: 16 biți = 48128 Hz - rata de eșantionare - aproape de cea mai mare 44,1 kHz
Răspuns: calitate CD audio

b).
1) 157 KB = 160768 de biți = 1286144 de biți
2) 1286144 biți: 10 secunde = 128614,4 bps
3) 128614,4 bps: 16 biți = 8038,4 Hz
Răspuns: calitatea difuzării

Răspuns: a) calitate CD; b) calitatea difuzării.

14. Determinați lungimea fișierului de sunet care se va potrivi pe o dischetă de 3,5”. Vă rugăm să rețineți că 2847 de sectoare de 512 octeți sunt alocate pentru stocarea datelor pe o astfel de dischetă.
a) cu calitate scăzută a sunetului: mono, 8 biți, 8 kHz;
b) cu o calitate ridicată a sunetului: stereo, 16 biți, 48 kHz.

(, p. 77, nr. 2.85)

Soluţie:

A).

8 biți x 8.000 = 64.000 de biți = 8.000 de biți = 7,8 KB/s
3) Timpul de redare al unui fișier audio mono de 1423,5 KB este:
1423,5 KB: 7,8 KB/s = 182,5 s ≈ 3 min

b).
1) Volumul de informații al unei dischete este egal cu:
2847 sectoare x 512 octeți = 1457664 octeți = 1423,5 KB
2) Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 secundă este egal cu:
16 biți x 48.000 x 2 = 1.536.000 de biți = 192.000 de biți = 187,5 KB/s
3) Timpul de redare al unui fișier audio stereo de 1423,5 KB este:
1423,5 KB: 187,5 KB/s = 7,6 s

Răspuns: a) 3 minute; b) 7,6 secunde.

3. Codare audio binară.

La rezolvarea problemelor, el folosește următorul material teoretic:

Pentru a codifica audio, semnalul analogic prezentat în figură este

planul este împărțit în linii verticale și orizontale. Diviziunea verticală este eșantionarea semnalului analogic (frecvența de măsurare a semnalului), diviziunea orizontală este cuantizarea după nivel. Adică, cu cât grila este mai fină, cu atât sunetul analogic este mai bine aproximat cu ajutorul numerelor. Cuantizarea pe opt biți este utilizată pentru a digitiza vorbirea obișnuită (conversația telefonică) și transmisiile radio cu unde scurte. Șaisprezece biți - pentru digitizarea muzicii și a transmisiilor radio VHF (ultra-scurt-wave).

Nivelul „3”

15. Semnalul audio analogic a fost eșantionat mai întâi utilizând 256 de niveluri de putere a semnalului (calitate sunet de difuzare) și apoi folosind 65536 niveluri de putere a semnalului (calitate audio CD). De câte ori diferă volumele de informații ale sunetului digitalizat? (, p. 77, nr. 2.86)

Soluţie:

Lungimea codului unui semnal analogic care utilizează 256 de niveluri de putere a semnalului este de 8 biți, folosind 65536 de niveluri de putere a semnalului este de 16 biți. Deoarece lungimea codului unui semnal s-a dublat, volumele de informații ale sunetului digitizat diferă cu un factor de 2.

Raspuns: de 2 ori.

Nivelul "4"

16. Conform teoremei Nyquist-Kotelnikov, pentru ca un semnal analogic să fie reconstruit cu acuratețe din reprezentarea sa discretă (din mostrele sale), frecvența de eșantionare trebuie să fie de cel puțin două ori frecvența audio maximă a acestui semnal.

· Care ar trebui să fie frecvența de eșantionare a sunetului uman?

· Care ar trebui să fie mai mare: rata de eșantionare a vorbirii sau rata de eșantionare a sunetului unei orchestre simfonice?

Scop: introducerea elevilor în caracteristicile hardware și software pentru lucrul cu sunetul. Activități: atragerea de cunoștințe de la un curs de fizică (sau lucrul cu cărți de referință). (, p. ??, sarcina 2)

Soluţie:

Se crede că intervalul de frecvență pe care o aude o persoană este de la 20 Hz la 20 kHz. Astfel, conform teoremei Nyquist-Kotelnikov, pentru ca un semnal analogic să fie restabilit cu precizie din reprezentarea sa discretă (din mostrele sale), frecvența de eșantionare trebuie să fie de cel puțin două ori frecvența audio maximă a acestui semnal. Frecvența maximă a sunetului pe care o aude o persoană este de -20 kHz, ceea ce înseamnă că dispozitivul ra și software-ul trebuie să ofere o rată de eșantionare de cel puțin 40 kHz, și mai precis 44,1 kHz. Procesarea computerizată a sunetului unei orchestre simfonice implică o rată de eșantionare mai mare decât procesarea vorbirii, deoarece intervalul de frecvență în cazul unei orchestre simfonice este mult mai mare.

Răspuns: nu mai puțin de 40 kHz, rata de eșantionare a unei orchestre simfonice este mai mare.

Nivelul „5”

17. Figura arată sunetul de 1 secundă de vorbire înregistrat de reportofon. Codificați-l într-un cod digital binar cu o frecvență de 10 Hz și o lungime a codului de 3 biți. (, p. ??, sarcina 1)

Soluţie:

Codarea de 10 Hz înseamnă că trebuie să măsurăm înălțimea de 10 ori pe secundă. Să alegem momente echidistante de timp:

O lungime a codului de 3 biți înseamnă 23 = 8 nivele de cuantizare. Adică, ca cod numeric pentru pitch în fiecare moment selectat de timp, putem seta una dintre următoarele combinații: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Există doar 8 dintre ele, prin urmare , pasul poate fi măsurat prin 8 "nivele":

Vom „rotunji” valorile pasului la cel mai apropiat nivel inferior:

Folosind această metodă de codificare, vom obține următorul rezultat (spațiile sunt setate pentru lizibilitate): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Notă. Este recomandabil să atrageți atenția elevilor asupra cât de inexacte transmite codul modificarea amplitudinii. Adică, o rată de eșantionare de 10 Hz și un nivel de cuantizare de 23 (3 biți) sunt prea scăzute. De obicei, pentru sunet (voce), sunt selectate o rată de eșantionare de 8 kHz, adică de 8000 de ori pe secundă, și un nivel de cuantizare de 28 (cod lung de 8 biți).

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

18. Explicați de ce nivelul de cuantizare este, alături de rata de eșantionare, una dintre principalele caracteristici ale reprezentării sunetului într-un calculator. Obiective: să consolideze înțelegerea de către elevi a conceptelor de „acuratețea reprezentării datelor”, „eroare de măsurare”, „eroare de reprezentare”; revizuiți codarea binară și lungimea codului cu studenții. Tip de activitate: lucru cu definiții de concepte. (, p. ??, sarcina 3)

Soluţie:

În geometrie, fizică, tehnologie, există conceptul de „acuratețe de măsurare”, strâns legat de conceptul de „eroare de măsurare”. Dar există și conceptul „acuratețea reprezentării”. De exemplu, despre înălțimea unei persoane, puteți spune că el: a) aproximativ. 2 m, b) puțin mai mult de 1,7 m, c) egal cu 1 m 72 cm, d) egal cu 1 m 71 cm 8 mm. Adică, 1, 2, 3 sau 4 cifre pot fi folosite pentru a indica creșterea măsurată.
Același lucru este valabil și pentru codificarea binară. Dacă sunt utilizați doar 2 biți pentru a înregistra înălțimea la un anumit moment în timp, atunci, chiar dacă măsurătorile au fost precise, pot fi transmise doar 4 nivele: scăzut (00), sub medie (01), peste medie (10), înalt (11). Dacă utilizați 1 octet, puteți transfera 256 de niveluri. Cum nivel de cuantizare mai mare, sau, care este la fel ca Cu cât sunt alocați mai mulți biți pentru înregistrarea valorii măsurate, cu atât valoarea este transmisă mai precis.

Notă. Trebuie remarcat faptul că instrumentul de măsurare trebuie să suporte și nivelul de cuantizare selectat (nu are sens să reprezinte lungimea măsurată cu o riglă cu diviziuni decimetrice cu precizie milimetrică).

Răspuns: cu cât nivelul de cuantizare este mai mare, cu atât sunetul este transmis mai precis.

Literatură:

[ 1] Informatică. Caiet-atelier în 2 volume / Ed. , : Volumul 1. - Laboratorul de Cunoștințe de bază, 1999 - 304 p.: ill.

Atelier de Informatică și Tehnologia Informației. Manual pentru institutii de invatamant /,. – M.: Binom. Laboratorul de Cunoaștere, 2002. 400 p.: ill.

Informatica la scoala: Supliment la revista „Computer Science and Education”. Nr. 4 - 2003. - M.: Educaţie şi Informatică, 2003. - 96 p.: ill.

et al. Cultura informaţională: codificarea informaţiilor. modele de informare. Clasa 9-10: Un manual pentru instituțiile de învățământ general. - Ed. a II-a. - M.: Butarda, 1996. - 208 p.: ill.

Senokosov despre informatică pentru școlari. - Ekaterinburg: „U-Factoria”, 2003. - 346. p54-56.

Noțiuni de bază

Frecvența de prelevare (f) determină numărul de probe stocate într-o secundă;

1 Hz (un hertz) este o contorizare pe secundă,

iar 8 kHz reprezintă 8000 de mostre pe secundă

Adâncimea de codificare (b) este numărul de biți necesari pentru codificarea unui nivel de volum

Timp de joc (t)

Capacitate de stocare a datelor 1 canal (mono)

I=f b t

(pentru a stoca informații despre un sunet cu o durată de t secunde, codificat cu o rată de eșantionare de f Hz și o adâncime de codare de b biți, eu bit de memorie)

La înregistrare pe două canale (stereo) cantitatea de memorie necesară pentru stocarea datelor unui canal este înmulțită cu 2

I=f b t 2

Unități I - biți, b - biți, f - Hertz, t - secunde Frecvența de eșantionare 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz

Codificare audio

Prevederi teoretice de bază

Eșantionarea sunetului în timp. Pentru ca un computer să proceseze audio, un semnal audio continuu trebuie convertit într-o formă digitală discretă folosind eșantionarea în timp. O undă sonoră continuă este împărțită în secțiuni de timp mici separate, pentru fiecare astfel de secțiune este setată o anumită valoare a intensității sunetului.

Astfel, dependența continuă a sonorității sunetului de timpul A(t) este înlocuită cu o secvență discretă de niveluri de sunet. Pe grafic, aceasta arată ca și cum ar înlocui o curbă netedă cu o secvență de „pași”.

Frecvența de eșantionare. Un microfon conectat la placa de sunet este folosit pentru a înregistra sunetul analogic și pentru a-l converti în formă digitală. Calitatea sunetului digital primit depinde de numărul de măsurători ale nivelului volumului sunetului pe unitatea de timp, adică rata simpla. Cu cât se fac mai multe măsurători în 1 secundă (cu cât rata de eșantionare este mai mare), cu atât „scara” semnalului audio digital repetă mai precis curba semnalului analogic.

Rata de eșantionare audio este numărul de măsurători ale volumului sunetului într-o secundă, măsurată în herți (Hz). Notați cu literă frecvența de eșantionare f.

Rata de eșantionare audio poate varia de la 8.000 la 48.000 de măsurători ale volumului sunetului pe secundă. Pentru codificare, alegeți una dintre cele trei frecvențe: 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Adâncimea codării audio. Fiecărui „pas” i se atribuie o anumită valoare a nivelului volumului sunetului. Nivelurile de sunet pot fi considerate ca un set de stări posibile N, pentru care este necesară o anumită cantitate de informații pentru a codifica b , care se numește adâncimea codării audio

Adâncimea codării audio este cantitatea de informații necesare pentru a codifica niveluri discrete de volum audio digital.

Dacă se cunoaște adâncimea de codificare, atunci numărul de niveluri de volum al sunetului digital poate fi calculat folosind formula N = 2 b . Lăsați adâncimea de codificare audio de 16 biți, apoi numărul de niveluri de volum audio este:

N=2 b = 216 = 65536.

În timpul procesului de codificare, fiecărui nivel de volum al sunetului i se atribuie propriul cod binar de 16 biți, cel mai scăzut nivel al sunetului va corespunde codului 0000000000000000, iar cel mai mare - 1111111111111111.

Calitatea sunetului digitalizat. Cu cât frecvența și adâncimea de eșantionare a sunetului sunt mai mari, cu atât calitatea sunetului digitalizat va fi mai bună. Cea mai scăzută calitate a sunetului digitalizat, corespunzătoare calității comunicației telefonice, se obține la o rată de eșantionare de 8000 de ori pe secundă, adâncime de eșantionare de 8 biți și înregistrarea unei piese audio (modul „mono”). Cea mai înaltă calitate a sunetului digitizat, corespunzătoare calității unui CD audio, se realizează cu o rată de eșantionare de 48.000 de ori pe secundă, o adâncime de eșantionare de 16 biți și înregistrarea a două piste audio (mod stereo).

Trebuie amintit că cu cât calitatea sunetului digital este mai mare, cu atât volumul de informații al fișierului de sunet este mai mare.

Sarcini pentru auto-studiu.

1. Calculați volumul unui fișier audio mono de 10 secunde cu codificare pe 16 biți și o rată de eșantionare de 44,1 kHz. (861 KB)

2. Sunetul pe două canale (stereo) este înregistrat la o frecvență de eșantionare de 48 kHz și o rezoluție de 24 de biți. Înregistrarea durează 1 minut, rezultatele sale sunt scrise într-un fișier, compresia datelor nu este efectuată. Care dintre numerele de mai jos se apropie cel mai mult de dimensiunea fișierului rezultat, exprimată în megaocteți?

1)0,3 2) 4 3) 16 4) 132

3. Înregistrarea sunetului pe un singur canal (mono) se realizează cu o frecvență de eșantionare de 11 kHz și o adâncime de codare de 24 de biți. Înregistrarea durează 7 minute, rezultatele sale sunt scrise într-un fișier, compresia datelor nu este efectuată. Care dintre numerele de mai jos se apropie cel mai mult de dimensiunea fișierului rezultat, exprimată în megaocteți?

1) 11 2) 13 3) 15 4) 22

4. Înregistrarea sunetului pe două canale (stereo) se face cu o frecvență de eșantionare de 11 kHz și o adâncime de codare de 16 biți. Înregistrarea durează 6 minute, rezultatele sale sunt scrise într-un fișier, compresia datelor nu este efectuată. Care dintre numerele de mai jos se apropie cel mai mult de dimensiunea fișierului rezultat, exprimată în megaocteți?

1) 11 2) 12 3) 13 4) 15

Rezolvarea problemelor de codificare a informațiilor audio

I. Dimensiunea fișierului digital

Soluţie:

Formula pentru calculul mărimii(în octeți)fișier audio digital:A=D*T*I/8.

Pentru a converti în octeți, valoarea rezultată trebuie împărțită la 8 biți.

22,05 kHz = 22,05 * 1000 Hz = 22050 Hz

A=D*T*I/8=22050 x 10 x 8 / 8 = 220500 octeți.

^ Răspuns: dimensiunea fișierului este de 220500 octeți.

Soluţie:

A=D*T*I/8. – cantitatea de memorie pentru stocarea fișierului audio digital.

44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (bit) / 8 (bit) = 10584000 octeți = 10335,9375 KB = 10,094 MB.

Răspuns: ≈ 10 Mb

6. Două minute de înregistrare audio digitală ocupă 5,1 MB de spațiu pe disc. Frecvența de eșantionare - 22050 Hz. Care este adâncimea de biți a adaptorului audio

Soluţie:

Formula de calcul a adâncimii de biți este: (memorie în octeți) : (timp de redare în secunde): (frecvență de eșantionare):

5, 1 MB = 5347737,6 octeți

5347737,6 octeți: 120 sec: 22050 Hz = 2,02 octeți = 16 biți
^ Răspuns: 16 biți

Soluţie:

A).
16 biți x 8.000 = 128.000 de biți = 16.000 de biți = 15,625 KB/s
15,625 KB/s x 60 s = 937,5 KB

^ Răspuns: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB

9. Cât spațiu de stocare este necesar pentru a stoca un fișier audio digital de înaltă calitate cu o durată de redare de 3 minute?

Soluţie:

T=665600 octet/11025 Hz/1 octet ≈60,4 s

^ Răspuns: durata sunetului este de 60,5 s

11. Estimați volumul de informații al unui fișier audio stereo de înaltă calitate, cu o durată a sunetului de 1 minut, dacă „adâncimea” de codificare este de 16 biți și frecvența de eșantionare este de 48 kHz. (, p. 74, exemplu 2.54)

Soluţie:

Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 secundă este egal cu:
16 biți x 48.000 x 2 = 1.536.000 biți = 187,5 KB (înmulțit cu 2 de la stereo).

Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 minut este egal cu:
187,5 KB/s x 60 s ≈ 11 MB

Răspuns: 11 MB

12. Calculați timpul de redare al unui fișier audio mono dacă, cu codificare pe 16 biți și o rată de eșantionare de 32 kHz, volumul acestuia este egal cu:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

Soluţie:

A).
1) Volumul de informații al unui fișier de sunet cu o durată de 1 secundă este egal cu:

700 KB: 62,5 KB/s = 11,2 s

Răspuns: a) 10 secunde; b) 1,5 min.

Soluţie:

Formula pentru calcularea cantității de memorieA=D*T*I:
(timp de înregistrare în secunde) * (adâncimea de biți a plăcii de sunet în octeți) * (rata de eșantionare). 16 biți - 2 octeți.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 octeți (1 secundă CD stereo)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 octeți (CD stereo de 1 minut)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 octeți = 412800 KB = 403,125 MB (80 de minute)

Răspuns: 88064 octeți (1 secundă), 5283840 octeți (1 minut), 403,125 MB (80 minute)

^ II. Definiția calității sunetului.

Pentru a determina calitatea sunetului, trebuie să găsiți frecvența de eșantionare și să utilizați tabelul nr. 1

256 (2 8 ) niveluri de intensitate a semnalului - calitatea sunetului transmisiei radio, folosind 65536 (2 16 ) niveluri de intensitate a semnalului - calitatea sunetului CD audio. Frecvența de cea mai înaltă calitate corespunde muzicii înregistrate pe CD. Mărimea semnalului analogic este măsurată în acest caz de 44.100 de ori pe secundă.

13. Determinați calitatea sunetului (calitate difuzare, calitate medie, calitate CD audio) dacă știți că volumul unui fișier audio mono cu o durată a sunetului de 10 secunde. este egal cu:
a) 940 KB;
b) 157 KB.

Soluţie:
A).
1) 940 KB = 962560 de biți = 7700480 de biți
2) 7700480 bps: 10 sec = 770048 bps
3) 770048 bps: 16 biți = 48128 Hz - rata de eșantionare - aproape de cea mai mare 44,1 kHz
^ Răspuns: calitate CD audio
b).
1) 157 KB = 160768 de biți = 1286144 de biți
2) 1286144 biți: 10 secunde = 128614,4 bps
3) 128614,4 bps: 16 biți = 8038,4 Hz
Răspuns: calitatea difuzării
Răspuns: a) calitate CD; b) calitatea difuzării.

Ţintă. Pentru a înțelege procesul de conversie a informațiilor sonore, pentru a stăpâni conceptele necesare pentru a calcula volumul informațiilor sonore. Învață să rezolvi problemele pe această temă.

Scopul este motivația. Pregătirea pentru examen.

Planul lecției

1. Vizualizați o prezentare pe un subiect cu comentarii ale profesorului. Anexa 1

Material de prezentare: Codificarea informațiilor sonore.

De la începutul anilor 90, computerele personale au putut lucra cu informații sonore. Fiecare computer care are o placă de sunet, microfon și difuzoare poate înregistra, stoca și reda informații de sunet.

Procesul de conversie a undelor sonore în cod binar în memoria computerului:

Procesul de reproducere a informațiilor sonore stocate în memoria computerului:

Sunet este o undă sonoră cu o amplitudine și o frecvență în continuă schimbare. Cu cât amplitudinea este mai mare, cu atât este mai tare pentru o persoană, cu atât frecvența semnalului este mai mare, cu atât tonul este mai mare. Software-ul de calculator permite în prezent convertirea unui semnal sonor continuu într-o secvență de impulsuri electrice care pot fi reprezentate în formă binară. În procesul de codificare a unui semnal audio continuu, este discretizarea timpului . O undă sonoră continuă este împărțită în secțiuni de timp mici separate și pentru fiecare astfel de secțiune este setată o anumită valoare a amplitudinii.

Astfel, dependența continuă a amplitudinii semnalului de timp La) este înlocuită cu o secvență discretă de niveluri de volum. Pe grafic, aceasta arată ca înlocuirea unei curbe netede cu o secvență de „pași”. Fiecărui „pas” i se atribuie o valoare pentru nivelul volumului sunetului, codul său (1, 2, 3 etc.

Mai departe). Nivelurile de volum al sunetului pot fi considerate ca un set de stări posibile, respectiv, cu cât vor fi alocate mai multe niveluri de volum în procesul de codificare, cu atât mai multe informații vor fi transportate de valoarea fiecărui nivel și cu atât sunetul va fi mai bun.

Adaptor audio ( placa de sunet) - un dispozitiv special conectat la un computer, conceput pentru a converti vibrațiile electrice ale frecvenței sunetului într-un cod binar numeric atunci când este introdus sunetul și pentru conversia inversă (de la un cod numeric la vibrații electrice) la redarea sunetului.

În procesul de înregistrare a sunetului, adaptorul audio măsoară amplitudinea curentului electric cu o anumită perioadă și introduce codul binar al valorii primite în registru. Apoi, codul primit din registru este rescris în memoria RAM a computerului. Calitatea sunetului computerului este determinată de caracteristicile adaptorului audio:

Rata de eșantionare
Adâncimea de biți (adâncimea sunetului).

Rata de eșantionare în timp

Acesta este numărul de măsurători ale semnalului de intrare într-o secundă. Frecvența este măsurată în herți (Hz). O măsurătoare pe secundă corespunde unei frecvențe de 1 Hz. 1000 de măsurători într-o secundă - 1 kilohertz (kHz). Rate de eșantionare tipice ale adaptoarelor audio:

11 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz etc.

Adâncimea de biți a registrului (adâncimea sunetului) este numărul de biți din registrul adaptorului audio, care stabilește numărul de niveluri de sunet posibile.

Adâncimea de biți determină acuratețea măsurării semnalului de intrare. Cu cât adâncimea de biți este mai mare, cu atât eroarea fiecărei conversii individuale a mărimii semnalului electric într-un număr este mai mică și invers. Dacă adâncimea de biți este 8 (16), atunci când se măsoară semnalul de intrare, 2 8 = 256 (2 16 = 65536) pot fi obținute valori diferite. Evident, un adaptor audio pe 16 biți codifică și reproduce sunetul mai precis decât unul pe 8 biți. Plăcile de sunet moderne oferă o adâncime de codificare audio de 16 biți. Numărul de niveluri de semnal diferite (stări pentru o anumită codificare) poate fi calculat folosind formula:

N = 2 I = 2 16 = 65536, unde I este adâncimea sunetului.

Astfel, plăcile de sunet moderne pot codifica 65536 niveluri de semnal. Fiecărei valori a amplitudinii semnalului audio i se atribuie un cod de 16 biți. Cu codificarea binară a unui semnal audio continuu, acesta este înlocuit cu o secvență de niveluri de semnal discrete. Calitatea codificării depinde de numărul de măsurători ale nivelului semnalului pe unitatea de timp, adică rata simpla. Cu cât se fac mai multe măsurători în 1 secundă (cu cât este mai mare rata de eșantionare, cu atât este mai precisă procedura de codificare binară.

Fișier de sunet - un fișier care stochează informații de sunet în formă numerică binară.

2. Repetăm unitățile de măsură ale informațiilor

1 octet = 8 biți

1 KB = 2 10 octeți = 1024 octeți

1 MB = 2 10 KB = 1024 KB

1 GB = 2 10 MB = 1024 MB

1 TB = 2 10 GB = 1024 GB

1 PB = 2 10 TB = 1024 TB

3. Consolidați materialul studiat prin vizualizarea prezentării, manualului

4. Rezolvarea problemelor

Tutorial care arată soluția la prezentare.

Sarcina 1. Determinați volumul de informații al unui fișier audio stereo cu o durată a sunetului de 1 secundă la o calitate ridicată a sunetului (16 biți, 48 kHz).

Sarcină (pe cont propriu). Tutorial care arată soluția la prezentare.
Determinați volumul de informații al unui fișier audio digital cu o durată de 10 secunde la o rată de eșantionare de 22,05 kHz și o rezoluție de 8 biți.

5. Fixare. Rezolvarea problemelor acasă, pe cont propriu în următoarea lecție

Determinați cantitatea de spațiu de stocare pentru un fișier audio digital care are un timp de redare de două minute la o rată de eșantionare de 44,1 kHz și o rezoluție de 16 biți.

Utilizatorul are o memorie de 2,6 MB. Trebuie să înregistrați un fișier audio digital cu o durată de 1 minut. Care ar trebui să fie rata de eșantionare și adâncimea de biți?

Cantitatea de memorie liberă de pe disc este de 5,25 MB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 16. Care este durata sunetului unui fișier audio digital înregistrat cu o frecvență de eșantionare de 22,05 kHz?

Un minut de înregistrare a unui fișier audio digital ocupă 1,3 MB pe disc, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 8. Cu ce rată de eșantionare a fost înregistrat sunetul?

Cât spațiu de stocare este necesar pentru a stoca un fișier audio digital de înaltă calitate cu o durată de redare de 3 minute?

Fișierul audio digital conține o înregistrare audio de calitate scăzută (sunetul este întunecat și înfundat). Care este durata sunetului unui fișier dacă volumul acestuia este de 650 KB?

Două minute de înregistrare audio digitală ocupă 5,05 MB de spațiu pe disc. Frecvența de eșantionare - 22 050 Hz. Care este bitness-ul adaptorului audio?

Cantitatea de memorie liberă de pe disc este de 0,1 GB, adâncimea de biți a plăcii de sunet este de 16. Care este durata sunetului unui fișier audio digital înregistrat cu o rată de eșantionare de 44 100 Hz?

Răspunsuri

Nr. 92. 124,8 secunde.

Nr. 93. 22,05 kHz.

Nr. 94. Calitatea ridicată a sunetului este obținută cu o rată de eșantionare de 44,1 kHz și o adâncime de biți a adaptorului audio de 16. Dimensiunea necesară a memoriei este de 15,1 MB.

Nr. 95. Următorii parametri sunt tipici pentru un sunet sumbru și înfundat: frecvența de eșantionare - 11 kHz, adâncimea de biți a adaptorului audio - 8. Durata sunetului este de 60,5 s.

Nr. 96. 16 biți.

Nr. 97. 20,3 minute.

Literatură

1. Manual: Informatica, caiet practic, volumul 1, editat de I.G.Semakin, E.K. Henner)

2. Festivalul ideilor pedagogice „Lecția deschisă” Sound. Codarea binară a informațiilor sonore. Supryagina Elena Aleksandrovna, profesor de informatică.

3. N. Ugrinovich. Informatica si tehnologiile informatice. 10-11 clase. Moscova. Binom. Laboratorul de cunoștințe 2003.

Formula volumului informațiilor sonore. Codificare audio

Trimiteți-vă munca bună în baza de cunoștințe este simplu. Utilizați formularul de mai jos

Documente similare

(, p. 76, nr. 2.82)

12. Calculați timpul de redare al unui fișier audio mono dacă, cu codificare pe 16 biți și o rată de eșantionare de 32 kHz, volumul acestuia este egal cu: a) 700 KB; b) 6300 KB

(, p. 76, nr. 2.84)

13. Determinați calitatea sunetului (calitate difuzare, calitate medie, calitate CD audio) dacă știți că volumul unui fișier audio mono cu o durată a sunetului de 10 secunde. este egal cu: a) 940 KB; b) 157 KB.

(, p. 76, nr. 2.83)

(, p. 77, nr. 2.85)

Răspuns: cu cât nivelul de cuantizare este mai mare, cu atât sunetul este transmis mai precis.

12. Calculați timpul de redare al unui fișier audio mono dacă, cu codificare pe 16 biți și o rată de eșantionare de 32 kHz, volumul acestuia este egal cu:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

13. Determinați calitatea sunetului (calitate difuzare, calitate medie, calitate CD audio) dacă știți că volumul unui fișier audio mono cu o durată a sunetului de 10 secunde. este egal cu:
a) 940 KB;
b) 157 KB.