Кодирование звуковой информации

«КОДИРОВАНИЕ ЗВУКОВОЙ ИНФОРМАЦИИ»

Звуковые колебания (волны) – механические колебания, частота которых лежит в пределах от 20 до 20 000 Гц.

Звуковые колебания

20 Гц

20 000 Гц

Свойства :

• звук - продольная волна;
• распространяется в упругих средах (воздух, вода, различные металлы и т.д.);
• имеет конечную скорость.

Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой.

Звук ниже диапазона слышимости человека называют инфразвуком ; выше: до 1 ГГц, - ультразвуком , от 1 ГГц - гиперзвуком .

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (высокий звук).

2

Единица громкости звука - децибел (дБ) (десятая часть бела).

Названа в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона.

• громкость звука – зависит от амплитуды колебаний. Чем больше амплитуда колебаний, тем громче звук.

• высота звука – определяется частотой колебаний воздуха.
• скорость звука – скорость распространения волн в среде.
• тембр звука – окраска звука, зависящая от источника звука (скрипка, рояль, гитара и т.д.).

f

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/2abcc892-c29e-4e08-9026-50ae9f2ee5e1/svyk_har-ka.htm

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/1a23d17e-f585-417e-b33b-7c63cd72c6fa/sound_high_low.swf

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/fc97b4df-f9de-407f-94a6-1844bfcee73d/sound_quiet_aloud.swf

2

Источник звука

Уровень (дБ)

Спокойное дыхание

Шёпот

Не воспринимается

Шелест листьев

10

17

Перелистывание газет

20

Обычный шум в доме

40

Прибой на берегу

40

Разговор средней громкости

50

Громкий разговор

Работающий пылесос

70

80

Поезд в метро

80

Концерт рок-музыки

100

Раскат грома

110

Реактивный двигатель

110

Выстрел из орудия

120

Болевой порог

120

Ухо человека имеет порог слышимости, т.е. минимальную интенсивность звука, которую в состоянии слышать человек. Величина порога в тишине будет минимальной, а при наличии шума будет повышаться.

Волны какой частоты вызывают у человека звуковые ощущения?

Звук громкостью свыше 180 дБ может даже вызвать разрыв барабанной перепонки.

СПОСОБЫ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ ЗВУКА

Аналоговый

Дискретный

физическая величина принимает бесконечное множество значений, причем они изменяются непрерывно .

физическая величина принимает конечное множество значений, причем они изменяются скачкообразно .

Виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно)

Аудиокомпакт-диск (звуковая дорожка содержит участки с разной отражающей способностью)

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным периодом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины.

Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера. Качество компьютерного звука определяется характеристиками аудиоадаптера:

• Частотой дискретизации
• Разрядностью (глубина звука) .

ЗВУКОВАЯ ВОЛНА

Если всю амплитуду «разбить» на 8 «кусочков», то каждый из них будет кодироваться 3 битами.

110

101

100

011

010

001

000

1 сек.

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11

Если 1 сек. записи разбить на 11 «кусочков», то частота дискретизации будет равна 11 Гц.

ЧАСТОТА ВРЕМЕННОЙ ДИСКРЕТИЗАЦИИ

- это количество измерений входного сигнала за 1 секунду.

Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц.

1000 измерений за 1 секунду – 1 килогерц (кГц).

Характерные частоты дискретизации аудиоадаптеров:

11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц и др.

РАЗРЯДНОСТЬ РЕГИСТРА (ГЛУБИНА ЗВУКА)

• это число бит в регистре аудиоадаптера (количество уровней звука).

Разрядность определяет точность измерения входного сигнала . Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельного преобразования величины электрического сигнала в число и обратно.

Если разрядность равна 8, то при измерении входного сигнала может быть получено 2 8 = 256, а если разрядность равна 16 бит, то может быть получено 2 16 =65536 различных значений.

Очевидно, что 16-разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный.

ОБЪЕМ ЗВУКОВОГО ФАЙЛА

I=m·t·i·k

I – информационный объем файла

m – частота дискретизации, Гц

t – время звучания, сек.

i – разрядность или глубина кодирования, бит

k – количество каналов

(Моно звук – 1 канал, Стерео звук – 2 канала)

УРОВЕНЬ ИНТЕНСИВНОСТИ (АМПЛИТУДА)

N=2 i

где,

i – разрядность или глубина кодирования, бит

N – количество уровней интенсивности

Задача 1. Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при глубине кодирования 16 бит и частоте дискретизации 48 кГц.

Формулы:

Дано:

t=1 сек.

i=16 бит

V=48 кГц

K=2

Найти:

I- ?

Решение:

I=48000 Гц*1 сек.*16 бит*2=1536000 бит/8 =192000 байт/1024 =187,5 Кб

I=Vtik

Ответ: I= 187,5 Кб

Задача 2. Определить информационный объем цифрового моноаудио файла, длительность звучания которого составляет 10 секунд при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 битов.

Дано:

t=1 0 сек.

i= 8 бит

V= 22,05 кГц

K= 1

Найти:

I- ?

Решение:

I= 22050Гц*10 сек.*8 бит*1=1764000 бит/8 =220500 байт/1024 =215,33 Кб

Формулы:

I=Vtik

Ответ: I= 215,33 Кб

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

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

2. В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретиза­ции, если разрядность равна 16 бит?

3. Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифро­вого аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?

4. Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на дис­ке 1,26 Мб. Найдите разрядность звуковой платы, если частота дискретизации равна 22 кГц?

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА