“Kodiranje audio informacija. Kodiranje i obrada audio informacija U kojem formatu glazba najbolje zvuči?

Ovisnost glasnoće, kao i visine zvuka, o intenzitetu i frekvenciji zvučnog vala

Herc(označeno s Hz ili Hz) - mjerna jedinica frekvencije periodičnih procesa (na primjer, oscilacija).
1 Hz znači jedno izvršenje takvog procesa u jednoj sekundi: 1 Hz = 1/s.

Ako imamo 10 Hz, to znači da imamo deset izvršenja takvog procesa u jednoj sekundi.

Ljudsko uho može percipirati zvuk na frekvencijama u rasponu od 20 vibracija u sekundi (20 Hertz, niski zvuk) do 20 000 vibracija u sekundi (20 KHz, visok zvuk).

Osim toga, osoba može percipirati zvuk u širokom rasponu intenziteta, pri čemu je maksimalni intenzitet 1014 puta veći od minimalnog (sto tisuća milijardi puta).

Za mjerenje jačine zvuka izumljena je i korištena posebna jedinica " decibel" (dB)

Smanjenje ili povećanje glasnoće zvuka za 10 dB odgovara smanjenju ili povećanju intenziteta zvuka za 10 puta.

Jačina zvuka u decibelima

Da bi računalni sustavi mogao obraditi zvuk, kontinuirano zvučni signal mora se pretvoriti u digitalni, diskretni oblik korištenjem vremenskog uzorkovanja.

Da biste to učinili, kontinuirani zvučni val podijeljen je u zasebne male privremene dijelove, a za svaki takav odjeljak postavljena je određena vrijednost intenziteta zvuka.

Stoga je kontinuirana ovisnost glasnoće zvuka o vremenu A(t) zamijenjena diskretnim nizom razina glasnoće. Na grafikonu to izgleda kao zamjena glatke krivulje nizom "koraka".

Vremensko uzorkovanje zvuka

Za snimanje analogni zvuk a pretvaranje u digitalni oblik koristi mikrofon spojen na zvučnu karticu.

Što su diskretne pruge gušće na grafikonu, to ćete s vremenom moći ponovno stvoriti izvorni zvuk bolje kvalitete.

Kvaliteta primljenog digitalni audio ovisi o broju mjerenja razine glasnoće zvuka u jedinici vremena, tj. frekvenciji uzorkovanja.

Brzina uzorkovanja zvuka je broj mjerenja glasnoće zvuka u jednoj sekundi.

Kako velika količina mjerenja se provode u jednoj sekundi (što je veća frekvencija uzorkovanja), to točnije "ljestve" digitalnog audio signala slijede krivulju analognog signala.

Svakom "koraku" na grafikonu dodijeljena je određena vrijednost razine glasnoće zvuka. Razine glasnoće zvuka mogu se smatrati skupom mogućih stanja N(gradacije), za čije kodiranje je potrebna određena količina informacija ja, što se naziva dubina audio kodiranja.

Dubina audio kodiranja- ovo je količina informacija koja je potrebna za kodiranje diskretne razine glasnoća digitalnog zvuka.

Ako je poznata dubina kodiranja, tada se broj razina glasnoće digitalnog zvuka može izračunati pomoću opće formule N=2I.

Na primjer, neka dubina audio kodiranja bude 16 bita, u kojem slučaju je broj razina glasnoće zvuka jednak:

N = 2 I = 2 16 = 65,536.

Tijekom procesa kodiranja, svakoj razini glasnoće zvuka dodjeljuje se vlastiti 16-bitni binarni kod, najniža razina zvuka odgovara kodu 0000000000000000, a najviša - 1111111111111111.

Kvaliteta digitaliziranog zvuka

Dakle, što je veća frekvencija uzorkovanja i dubina kodiranja zvuka, to će digitalizirani zvuk zvučati kvalitetnije i bolje možete približiti digitalizirani zvuk izvornom zvuku.

Najviša kvaliteta digitaliziranog zvuka, koja odgovara kvaliteti audio CD-a, postiže se brzinom uzorkovanja od 48.000 puta u sekundi, dubinom uzorkovanja od 16 bita i snimanjem dva audio zapisa (stereo način).

Mora se zapamtiti da što je veća kvaliteta digitalnog zvuka, veća je količina informacija u zvučnoj datoteci.

Možete jednostavno procijeniti glasnoću informacija digitalne stereo audio datoteke sa trajanjem zvuka od 1 sekunde s prosječnom kvalitetom zvuka (16 bita, 24 000 mjerenja u sekundi). Da biste to učinili, dubina kodiranja mora se pomnožiti s brojem mjerenja u sekundi i pomnožiti s 2 kanala (stereo zvuk):

16 bita × 24 000 × 2 = 768 000 bita = 96 000 bajtova = 93,75 KB.

Urednici zvuka

Urednici zvuka omogućuju ne samo snimanje i reprodukciju zvuka, već i njegovo uređivanje. Najistaknutiji se mogu sigurno nazvati, kao što je Sony Sound Forge, Adobe Audition, GoldWave i drugi.

Digitalizirani zvuk predstavljen je u montažeri zvuka u jasnom vizualnom obliku, tako da se kopiranje, premještanje i brisanje dijelova zvučnog zapisa može jednostavno izvesti računalnim mišem.

Osim toga, možete preklapati i preklapati audiozapise jedan na drugi (miješati zvukove) i primijeniti različite akustične efekte (eho, reprodukcija unazad, itd.).

Prilikom spremanja zvuka u komprimirane formate, odbacuju se zvučne frekvencije niskog intenziteta koje su nečujne i neprimjetne („pretjerane“) za ljudsku percepciju, a vremenski se podudaraju s frekvencijama zvuka visokog intenziteta. Korištenje ovog formata omogućuje komprimiranje zvučnih datoteka desetke puta, ali dovodi do nepovratnog gubitka informacija (datoteke se ne mogu vratiti u izvorni, izvorni oblik).

Postoje tri glavne vrste audio figura:

• format - bez kompresije;
• format (lossy) - kompresija s gubitkom;
• format (lossless) - kompresija bez gubitaka.

Lossy - kompresija s gubitkom: tehnologija koja značajno smanjuje kodiranu datoteku u usporedbi s originalom, zbog uklanjanja informacija koje nisu vidljive ljudskom uhu.

Nedostatak ove tehnologije je činjenica da komprimirana datoteka nikada neće biti identičan originalu.

Popis najčešćih formata s gubitkom:

• AAC (.m4a, .mp4, .m4p, .aac) - Napredno audio kodiranje (često u MPEG-4 spremniku)
• MP2 (MPEG sloj 2)
• MP3 (MPEG sloj 3)
• MPC (poznat kao Musepack, prije poznat kao MPEGplus ili MP+)
• Ogg Vorbis
• WMA (Windows Media Audio)

Lossless - audio formati s kompresijom bez gubitaka, uključujući:

• FLAC (besplatni audio kodek bez gubitaka)
• APE (Majmunski zvuk)
• WV (WavPack)

Ovi formati mogu pretvoriti CD u digitalni format uz zadržavanje kvalitete. Kao primjer, možete uzeti CD, pretvoriti ga u WAV, zatim WAV formatirati u FLAC, zatim vratiti iz FLAC u WAV, zatim ga snimiti na prazan CD i imat ćete apsolutno identičnu kopiju svog izvora.

U kojem formatu glazba najbolje zvuči?

Najpopularniji je format FLAC bez gubitaka, a jedan od najčešće korištenih programa za pretvaranje CD-a u FLAC format je EAC (Exact Audio Copy).

Od svih parametara digitalni audio Potrebno je prvenstveno obratiti pozornost na sljedeće pokazatelje:

frekvencija uzorkovanja (točnost digitalizacije analognog signala tijekom vremena),
bitrate (količina informacija sadržanih u datoteci izražena u sekundi).

Brzina uzorkovanja je frekvencija kojom se digitalni zvuk obrađuje. Najčešća brzina uzorkovanja u kvalitetnim audio formatima je 44,1 kHz

Opće je prihvaćeno da visoka brzina prijenosa jamči bolju kvalitetu - to je istina, ali samo pod uvjetom visoke kvalitete izvorna datoteka. Visokokvalitetni MP3 trebao bi imati bitrate od 320 kbps, ali visokokvalitetni FLAC format obično ima bitrate od 900 kbps ili više.

Koji je najbolji glazbeni format u smislu kvalitete?

Osim samih audio formata, za kvalitetan zvuk glazbe potrebna je i kvalitetna oprema za reprodukciju: zvučnici, pojačala, slušalice. Drugim riječima korištenjem stolni zvučnici za PC i jeftine slušalice, nećete moći u potpunosti uživati ​​u zvuku visoke kvalitete i otključati puni potencijal formata bez gubitaka.

Ne ulazeći duboko u tehničke detalje, možemo preporučiti sljedeće formate:

Za kućno slušanje preporučam, po mom mišljenju najbolji format je FLAC. Za audio player dobra odluka Postojat će MP3 format s bitrateom od najmanje 320 kbps. Osobno koristim samo FLAC format na svim uređajima, srećom svezaka microSD kartice omogućuju pohranjivanje dovoljne količine podataka u player.

Što se tiče opreme za kvalitetnu reprodukciju glazbe, savjetujem vam da obratite pozornost na sljedeće marke:

Ako vam proračunska akustika ne odgovara i ljubitelj ste visokokvalitetne zvučne opreme (Hi-Fi ili Hi-End), onda je sve u vašim rukama i ograničeno samo vašim proračunom, neću davati preporuke.

Ciljevi:

obrazovni:

• Upoznajte tehnologiju binarno kodiranje datoteke Wav format
• Naučite rješavati probleme za određivanje veličine WAV audio datoteke

Vremensko uzorkovanje - proces u kojem se tijekom kodiranja kontinuiranog audio signala zvučni val dijeli na zasebne male vremenske dionice, a za svaku takvu dionicu zadaje se određena vrijednost amplitude. Što je veća amplituda signala, to je zvuk glasniji.

Dubina zvuka (dubina kodiranja) -broj bitova po audio kodiranju.

Razine glasnoće (razine signala)- zvuk može imati različite razine glasnoće. Broj različitih razina glasnoće izračunava se pomoću formule N= 2 ja Gdjeja- dubina zvuka.

Učestalost uzorkovanja - broj mjerenja razine ulaznog signala u jedinici vremena (po 1 sekundi). Što je veća stopa uzorkovanja, točniji je postupak binarnog kodiranja. Frekvencija se mjeri u hercima (Hz). 1 mjerenje u 1 sekundi -1 Hz.

1000 mjerenja u 1 sekundi 1 kHz. Označimo brzinu uzorkovanja slovomD. Za kodiranje odaberite jednu od tri frekvencije:44,1 KHz, 22,05 KHz, 11,025 KHz.

Vjeruje se da je raspon frekvencija koje osoba čuje iz 20 Hz do 20 kHz.

Kvaliteta binarnog kodiranja -vrijednost koja je određena dubinom kodiranja i učestalošću uzorkovanja.

Audio adapter (zvučna kartica) - uređaj koji pretvara električne vibracije zvučne frekvencije u numerički binarni kod pri unosu zvuka i obrnuto (iz numeričkog koda u električne vibracije) pri reprodukciji zvuka.

Specifikacije audio adaptera:frekvencija uzorkovanja i dubina bita registra.).

Veličina registra - broj bitova u registru audio adaptera. Što je veća dubina bita, to je manja pogreška svake pojedinačne pretvorbe vrijednosti električna struja do broja i natrag. Ako je dubina bita ja, tada se pri mjerenju ulaznog signala 2 može dobitija = N različita značenja.

Veličina digitalne mono audio datoteke (A) mjeri se formulom:

A= D* T* ja/8 , GdjeD - frekvencija uzorkovanja (Hz),T- vrijeme reprodukcije ili snimanja zvuka,jaširina registra (rezolucija). Prema ovoj formuli, veličina se mjeri u bajtovima.

Veličina digitalne stereo audio datoteke (A) mjeri se formulom:

A=2* D* T* ja/8 , signal se snima za dva zvučnika, budući da su lijevi i desni zvučni kanal kodirani odvojeno.

Korisno je da učenici daju tablicu 1, pokazujući koliko će MB zauzeti kodirana jedna minuta audio informacije pri različitim brzinama uzorkovanja:

Algoritam 1 (Izračunajte volumen informacija zvučne datoteke):

1) saznajte koliko se ukupnih vrijednosti učitava u memoriju tijekom vremena reprodukcije datoteke;

2) saznati kapacitet koda (koliko bitova u memoriji zauzima svaka izmjerena vrijednost);

3) umnožiti rezultate;

4) pretvoriti rezultat u bajtove;

5) pretvoriti rezultat u K bajtova;

6) pretvoriti rezultat u M bajtova;

Algoritam 2 (Izračunajte vrijeme reprodukcije datoteke.)

1) Pretvorite količinu informacija datoteke u K bajtova.

2) Pretvorite količinu informacija datoteke u bajtove.

3) Pretvorite količinu informacija datoteke u bitove.

4) Saznajte koliko je vrijednosti izmjereno (volumen informacija u bitovima podijeljen s duljinom bita koda).

5) Izračunajte broj sekundi zvuka. (Podijelite prethodni rezultat s učestalošću uzorkovanja.)

1. Veličina digitalne datoteke

Razina "3"

1. Odredite veličinu (u bajtovima) digitalne audio datoteke čije je vrijeme reprodukcije 10 sekundi pri brzini uzorkovanja od 22,05 kHz i razlučivosti od 8 bita. Datoteka nije komprimirana.

Riješenje:

Formula za izračunavanje veličine (u bajtovima) digitalna audio datoteka: A= D* T* ja/8.

Za pretvorbu u bajtove, dobivena vrijednost mora se podijeliti s 8 bitova.

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

A= D* T* ja/8 = 22050 x 10 x 8 / 8 = 220500 bajtova.

Odgovor: Veličina datoteke je 220500 bajtova.

2. Odredite količinu memorije za pohranu digitalne audio datoteke, čije je vrijeme reprodukcije dvije minute pri frekvenciji uzorkovanja od 44,1 kHz i razlučivosti od 16 bita.

Riješenje:

A= D* T* ja/8. - količina memorije za pohranu digitalne audio datoteke.

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

Odgovor: ≈ 10 MB

Razina "4"

3. Korisnik ima kapacitet memorije od 2,6 MB. Potrebno je snimiti digitalnu audio datoteku u trajanju zvuka od 1 minute. Kolika bi trebala biti frekvencija uzorkovanja i dubina bita?

Riješenje:

Formula za izračunavanje frekvencije uzorkovanja i dubine bita: D* I =A/T

(kapacitet memorije u bajtovima) : (vrijeme zvuka u sekundama):

2,6 MB = 2726297,6 bajtova

D* I =A/T= 2726297,6 bajtova: 60 = 45438,3 bajtova

D=45438,3 bajta: I

Širina adaptera može biti 8 ili 16 bita. (1 bajt ili 2 bajta). Stoga frekvencija uzorkovanja može biti ili 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz-standardna karakteristična frekvencija uzorkovanja, ili 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- standardna karakteristična stopa uzorkovanja

Odgovor:

4. Volumen slobodna memorija na disku - 5,25 MB, dubina bita zvučne kartice - 16. Koje je trajanje zvuka digitalne audio datoteke snimljene s frekvencijom uzorkovanja od 22,05 kHz?

Riješenje:

Formula za izračunavanje trajanja zvuka: T=A/D/I

(kapacitet memorije u bajtovima) : (frekvencija uzorkovanja u Hz) : (kapacitet zvučne kartice u bajtovima):

5,25 MB = 5505024 bajta

5505024 bajta: 22050 Hz: 2 bajta = 124,8 s
Odgovor: 124,8 sekundi

5. Jedna minuta snimanja digitalne audio datoteke zauzima 1,3 MB prostora na disku, kapacitet zvučne kartice je 8 bitova. Kojom brzinom uzorkovanja se snima zvuk?

Riješenje:

Formula za izračunavanje brzine uzorkovanja: D = A/T/I

(kapacitet memorije u bajtovima) : (vrijeme snimanja u sekundama) : (kapacitet zvučne kartice u bajtovima)

1,3 MB = 1363148,8 bajtova

1363148,8 bajtova: 60:1 = 22719,1 Hz

Odgovor: 22,05 kHz

6. Dvije minute snimanja digitalne audio datoteke zauzimaju 5,1 MB prostora na disku. Frekvencija uzorkovanja - 22050 Hz. Kolika je bitna dubina audio adaptera?

Riješenje:

Formula za izračunavanje dubine bita: (kapacitet memorije u bajtovima): (vrijeme zvuka u sekundama): (frekvencija uzorkovanja):

5,1 MB= 5347737,6 bajtova

5347737,6 bajta: 120 sek: 22050 Hz= 2,02 bajta = 16 bita

Odgovor: 16 bita

7. Količina slobodne memorije na disku je 0,01 GB, dubina bita zvučne kartice je 16. Koliko traje zvuk digitalne audio datoteke snimljene s frekvencijom uzorkovanja od 44100 Hz?

Riješenje:

Formula za izračunavanje trajanja zvuka T=A/D/I

(kapacitet memorije u bajtovima) : (frekvencija uzorkovanja u Hz) : (kapacitet zvučne kartice u bajtovima)

0,01 GB = 10737418,24 bajta

10737418,24 bajtova: 44100: 2 = 121,74 sek = 2,03 min
Odgovor: 20,3 minuta

8. Procijenite glasnoću informacija mono audio datoteke sa trajanjem zvuka od 1 minute. ako su "dubina" kodiranja i frekvencija uzorkovanja audio signala jednake:
a) 16 bita i 8 kHz;
b) 16 bita i 24 kHz.

Riješenje:

A).

16 bita x 8 000 = 128 000 bita = 16 000 bajtova = 15,625 KB/s

15,625 KB/s x 60 s = 937,5 KB

b).
1) Glasnoća zvučne datoteke u trajanju od 1 sekunde jednaka je:
16 bita x 24 000 = 384 000 bita = 48 000 bajtova = 46,875 KB/s
2) Informacijski volumen zvučne datoteke u trajanju od 1 minute jednak je:
46,875 KB/s x 60 s = 2812,5 KB = 2,8 MB

Odgovor: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB

Razina "5"

Koristi se tablica 1

9. Koliko je memorije potrebno za pohranu digitalne audio datoteke sa zvučnim zapisom Visoka kvaliteta pod uvjetom da je vrijeme igranja 3 minute?

Riješenje:

Visoka kvaliteta zvuka postiže se frekvencijom uzorkovanja od 44,1 kHz i dubinom bitova audio adaptera od 16.
Formula za izračunavanje kapaciteta memorije: (vrijeme snimanja u sekundama) x (kapacitet zvučne kartice u bajtovima) x (učestalost uzorkovanja):
180 s x 2 x 44100 Hz = 15876000 bajtova = 15,1 MB
Odgovor: 15,1 MB

10. Digitalna audio datoteka sadrži audio zapis niske kvalitete (zvuk je taman i prigušen). Kolika je duljina trajanja datoteke ako je njezina veličina 650 KB?

Riješenje:

Sljedeći parametri tipični su za tmuran i prigušen zvuk: frekvencija uzorkovanja - 11,025 KHz, dubina bita audio adaptera - 8 bita (vidi tablicu 1). Tada je T=A/D/I. Pretvorimo volumen u bajtove: 650 KB = 665600 bajtova

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

Odgovor: trajanje zvuka je 60,5 s

Riješenje:

Glasnoća zvučne datoteke u trajanju od 1 sekunde jednaka je:
16 bita x 48 000 x 2 = 1 536 000 bita = 187,5 KB (pomnoženo s 2, od stereo).

Informacijski volumen zvučne datoteke u trajanju od 1 minute jednak je:
187,5 KB/s x 60 s ≈ 11 MB

Odgovor: 11 MB

Odgovor: a) 940 KB; b) 2,8 MB.

12. Izračunajte vrijeme reprodukcije mono audio datoteke ako je, uz 16-bitno kodiranje i frekvenciju uzorkovanja od 32 kHz, njezina glasnoća jednaka:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

Riješenje:

A).
1) Glasnoća zvučne datoteke u trajanju od 1 sekunde jednaka je:


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

b).
1) Glasnoća zvučne datoteke u trajanju od 1 sekunde jednaka je:
16 bita x 32 000 = 512 000 bita = 64 000 bajtova = 62,5 KB/s
2) Vrijeme reprodukcije mono audio datoteke od 700 KB je:
6300 KB: 62,5 KB/s = 100,8 s = 1,68 min

Odgovor: a) 10 sekundi; b) 1,5 min.

13. Izračunajte koliko bajtova informacija zauzima jedna sekunda stereo zapisa na CD-u (frekvencija 44032 Hz, 16 bita po vrijednosti). Koliko traje jedna minuta? Koliki je maksimalni kapacitet diska (pod pretpostavkom maksimalnog trajanja od 80 minuta)?

Riješenje:

Formula za izračunavanje veličine memorije A= D* T* ja:
(vrijeme snimanja u sekundama) * (kapacitet zvučne kartice u bajtovima) * (frekvencija uzorkovanja). 16 bita -2 bajta.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 bajta (1 sekunda stereo CD snimanja)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 bajtova (1 minuta stereo CD snimanja)
3) 4800 s x 2 x 44032 Hz = 422707200 bajtova = 412800 KB = 403,125 MB (80 minuta)

Odgovor: 88064 bajtova (1 sekunda), 5283840 bajtova (1 minuta), 403,125 MB (80 minuta)

2. Određivanje kvalitete zvuka.

Da biste odredili kvalitetu zvuka, morate pronaći frekvenciju uzorkovanja i koristiti tablicu br. 1

256 (2 8) razina intenziteta signala - kvaliteta zvuka radijske emisije, korištenjem 65536 (2 16) razina intenziteta signala - kvaliteta zvuka audio CD-a. Najkvalitetnija frekvencija odgovara glazbi snimljenoj na CD-u. Veličina analognog signala mjeri se u ovom slučaju 44.100 puta u sekundi.

Razina "5"

13. Odredite kvalitetu zvuka (kvaliteta radio emisije, prosječna kvaliteta, kvaliteta audio CD-a) ako je poznata glasnoća mono audio datoteke sa trajanjem zvuka od 10 sekundi. jednak:
a) 940 KB;
b) 157 KB.

(, str. 76, br. 2.83)

Riješenje:

A).
1) 940 KB = 962560 bajtova = 7700480 bitova
2) 7700480 bita: 10 s = 770048 bita/s
3) 770048 bps: 16 bita = 48128 Hz - frekvencija uzorkovanja - blizu najviših 44,1 kHz
Odgovor: Audio CD kvaliteta

b).
1) 157 KB = 160768 bajtova = 1286144 bita
2) 1286144 bita: 10 s = 128614,4 bita/s
3) 128614,4 bps: 16 bita = 8038,4 Hz
Odgovor: kvaliteta emitiranja

Odgovor: a) kvaliteta CD-a; b) kvaliteta radijskog emitiranja.

14. Odredite duljinu audio datoteke koja će stati na 3,5” disketu. Imajte na umu da je 2847 sektora od 512 bajtova dodijeljeno za pohranu podataka na takvu disketu.
a) s niskom kvalitetom zvuka: mono, 8 bita, 8 kHz;
b) s visokom kvalitetom zvuka: stereo, 16 bita, 48 kHz.

(, str. 77, br. 2.85)

Riješenje:

A).



8 bita x 8000 = 64000 bita = 8000 bajtova = 7,8 KB/s
3) Vrijeme reprodukcije mono audio datoteke veličine 1423,5 KB jednako je:
1423,5 KB: 7,8 KB/s = 182,5 s ≈ 3 min

b).
1) Informacijski volumen diskete jednak je:
2847 sektora x 512 bajtova = 1457664 bajtova = 1423,5 KB
2) Glasnoća zvučne datoteke u trajanju od 1 sekunde jednaka je:
16 bita x 48 000 x 2 = 1 536 000 bita = 192 000 bajtova = 187,5 KB/s
3) Vrijeme reprodukcije stereo audio datoteke veličine 1423,5 KB jednako je:
1423,5 KB: 187,5 KB/s = 7,6 s

Odgovor: a) 3 minute; b) 7,6 sekundi.

3. Binarno audio kodiranje.

Pri rješavanju zadataka koristi se sljedećim teorijskim materijalom:

Za kodiranje zvuka, analogni signal prikazan na slici

ravnina je podijeljena na okomite i horizontalne linije. Vertikalna particija je uzorkovanje analognog signala (frekvencija mjerenja signala), horizontalna je particija kvantizacija po razini. Oni. Što je mreža finija, to je bolja aproksimacija analognog zvuka pomoću brojeva. Osmobitna kvantizacija koristi se za digitalizaciju običnog govora ( telefonski razgovor) i radijske emisije na kratkim valovima. Šesnaest-bitni - za digitalizaciju glazbe i VHF (ultra-kratkih valova) radijskih emisija.

Razina "3"

15. Analogni audio signal prvo je uzorkovan korištenjem 256 intenziteta signala (kvaliteta emitiranog zvuka), a zatim korištenjem 65 536 intenziteta signala (kvaliteta zvuka audio CD-a). Koliko se puta razlikuju glasnoće informacija digitaliziranog zvuka? (, str. 77, br. 2.86)

Riješenje:

Duljina koda analognog signala koji koristi 256 razina intenziteta signala je 8 bita, a koristi 65536 razina intenziteta signala je 16 bita. Budući da se duljina koda jednog signala udvostručila, volumen informacija digitaliziranog zvuka razlikuje se za faktor 2.

Odgovor: 2 puta.

Razina "4"

16. Prema Nyquist-Kotelnikovom teoremu, da bi se analogni signal mogao točno rekonstruirati iz njegove diskretne reprezentacije (iz njegovih uzoraka), frekvencija uzorkovanja mora biti najmanje dvostruko veća od maksimalne audio frekvencije ovog signala.

• Koja bi trebala biti brzina uzorkovanja zvuka koji čovjek može osjetiti?
• Što bi trebalo biti veće: brzina uzorkovanja govora ili brzina uzorkovanja simfonijskog orkestra?

Cilj: Upoznati studente sa karakteristikama hardvera i softvera za rad sa zvukom. Vrste aktivnosti: privlačenje znanja iz tečaja fizike (ili rad s referentnim knjigama). (, str. ??, zadatak 2)

Riješenje:

Vjeruje se da je raspon frekvencija koje ljudi čuju od 20 Hz do 20 kHz. Dakle, prema Nyquist-Kotelnikovom teoremu, da bi se analogni signal mogao točno rekonstruirati iz njegove diskretne reprezentacije (iz njegovih uzoraka), Brzina uzorkovanja mora biti najmanje dvostruko veća od maksimalne frekvencije zvuka tog signala. Maksimalna frekvencija zvuka koju osoba može čuti je 20 KHz, što znači da uređaj ra i softver mora osigurati frekvenciju uzorkovanja od najmanje 40 kHz, točnije 44,1 kHz. Računalna obrada zvuka simfonijskog orkestra uključuje više visoka frekvencija uzorkovanje nego obrada govora, budući da je frekvencijski raspon u slučaju simfonijskog orkestra mnogo veći.

Odgovor: ne manje od 40 kHz, frekvencija uzorkovanja simfonijskog orkestra je veća.

Razina "5"

17. Na slici je prikazan zvuk 1 sekunde govora snimljen diktafonom. Kodirajte ga u binarnom digitalnom kodu s frekvencijom od 10 Hz i duljinom koda od 3 bita. (, str. ??, zadatak 1)

Riješenje:

Kodiranje na 10 Hz znači da moramo mjeriti visinu tona 10 puta u sekundi. Izaberimo ekvidistantne trenutke vremena:

Duljina koda od 3 bita znači 2 3 = 8 razina kvantizacije. Odnosno, kao numerički kod za visinu zvuka u svakom odabranom trenutku u vremenu, možemo postaviti jednu od sljedećih kombinacija: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Postoji samo 8 od stoga se visina zvuka može mjeriti na 8 "razina":

"Zaokružit ćemo" vrijednosti visine tona na najbližu nižu razinu:

Korištenje ovu metodu kodiranjem dobivamo sljedeći rezultat (razmaci su uključeni radi lakše percepcije): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Bilješka. Preporučljivo je skrenuti pozornost učenika na to koliko netočno kod prenosi promjenu amplitude. To jest, brzina uzorkovanja od 10 Hz i razina kvantizacije od 2 3 (3 bita) su premali. Obično se za zvuk (glas) bira frekvencija uzorkovanja od 8 kHz, tj. 8000 puta u sekundi, i razina kvantizacije od 2 8 (kod dug 8 bita).

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

18. Objasnite zašto je razina kvantizacije, uz frekvenciju uzorkovanja, glavna karakteristika reprezentacije zvuka u računalu. Ciljevi: učvrstiti razumijevanje učenika o pojmovima "točnost prikaza podataka", "pogreška mjerenja", "pogreška prikazivanja"; Pregledajte s učenicima binarno kodiranje i duljinu koda. Vrsta aktivnosti: rad s definicijama pojmova. (, str. ??, zadatak 3)

Riješenje:

U geometriji, fizici i tehnologiji postoji koncept "točnosti mjerenja", koji je usko povezan s konceptom "pogreške mjerenja". Ali postoji i koncept "preciznost prikazivanja". Na primjer, o visini osobe možemo reći da je: a) oko. 2 m, b) nešto više od 1,7 m, c) jednako 1 m 72 cm, d) jednako 1 m 71 cm 8 mm. To jest, 1, 2, 3 ili 4 znamenke mogu se koristiti za označavanje izmjerene visine.
Isto vrijedi i za binarno kodiranje. Ako se samo 2 bita koriste za snimanje visine zvuka u određenom trenutku, tada, čak i ako su mjerenja bila točna, mogu se prenijeti samo 4 razine: niska (00), ispod prosjeka (01), iznad prosjeka ( 10), visoka (11). Ako koristite 1 bajt, možete prenijeti 256 razina. Kako višu razinu kvantizacije, ili, što je isto što i Što je više bitova dodijeljeno za snimanje izmjerene vrijednosti, to se ta vrijednost točnije prenosi.

Bilješka. Treba napomenuti da mjerni instrument također mora podržavati odabranu razinu kvantizacije (nema smisla prikazivati ​​duljinu izmjerenu ravnalom s decimetarskim podjelama s točnošću do milimetra).

Moj djed je slušao gramofon. Moj je otac proveo mladost slušajući glazbu koja je dopirala iz zvučnika magnetofona na kolut. U mojoj je mladosti došlo do uspona i pada kasetofona. Moj sin odrasta u eri digitalnog zvuka. Kako bih išao u korak s vremenom i sinu omogućio dobar “zvuk”, odlučio sam otkriti što određuje kvalitetu reprodukcije digitalnog audio signala.

Razgovarao sam sa svojim prijateljima ljubiteljima glazbe. Proveo pretragu informacija na internetu. Kao rezultat toga, došao sam do zaključka da se visokokvalitetni zvuk u digitalnoj eri može postići ako pravilno odaberete 7 glavnih elemenata modernih glazbenih centara:

• format u kojem je glazba snimljena;
• gramofon;
• digitalno-analogni pretvarač;
• pojačalo;
• akustika;
• kabeli;
• prehrana.

U nastavku ću podijeliti svoja zapažanja i zaključke u vezi s postizanjem visokokvalitetnog zvuka iz zapisa u digitalnim formatima.

Lirska digresija, stručnjaci to ne moraju čitati.

Ukratko ću objasniti odakle dolazi zvuk digitalni format. Tijekom procesa snimanja mikrofon se pretvara mehaničke vibracije(stvarni zvuk) u analogni električni signal. Analogni signal, u najopćenitijem slučaju, sličan je sinusnom valu koji nam je svima poznat iz srednje škole. U eri analognog zvuka, upravo se taj signal snimao na razne medije, a zatim reproducirao.

S razvojem mikroprocesorske tehnologije postalo je moguće snimati i pohranjivati ​​audio informacije u digitalnim formatima. Ti se formati dobivaju postupkom analogno-digitalne pretvorbe (ADC).

Tijekom ADC-a, analogni signal (naš sinusni val iz srednje škole) se pretvara u diskretni (drugim riječima, reže se na dijelove). U sljedećoj fazi, diskretni signal se kvantizira, tj. svaki rezultirajući segment sinusoide pridružuje se digitalnoj vrijednosti. U trećoj fazi, kvantizirani signal se digitalizira, tj. kodiran kao niz od 0 i 1. U odnosu na digitalni audio zapis, podaci o amplitudi i frekvenciji zvuka su digitalizirani.

Digitalni audio formati koriste se za snimanje i pohranu digitalnih audio informacija. Audioformat je skup zahtjeva za reprezentaciju audio podataka u digitalnom obliku.

Kada govorimo o kvaliteti zvuka, digitalni formati se dijele u 3 kategorije:

• Formati bez dodatne kompresije (CDDA, DSD, WAV, AIFF itd.);
• Formati komprimirani bez gubitka kvalitete (FLAC, WavPack, ADX, itd.);
• Formati koji koriste kompresiju s gubitkom (MP3, AAC, RealAudio itd.).

Zvuk visoke kvalitete postiže se reprodukcijom glazbe spremljene u formatima iz prve i druge kategorije. U formatima treće kategorije, radi smanjenja količine podataka, neke informacije su namjerno isključene. Na primjer, informacije o skrivenim frekvencijama.

Skrivene frekvencije su one koje se nalaze izvan raspona percepcije prosječne osobe: 20 Hz - 22 kHz. Za audiofile je ovaj raspon, zbog individualnih psihofizioloških karakteristika, širi.

Da biste dovršili svoju kućnu audioteku, trebali biste odabrati snimke spremljene u datotekama s ekstenzijama:

• *.wav, *.dff, *.dsf, *.aif, *.aiff – ovo su nekomprimirane audio datoteke;
• *.mp4, *.flac, *.ape, *.wma najčešće su datoteke s komprimiranim zvukom bez gubitaka.

Iz povijesti. Kažu da su prve eksperimente o očuvanju zvuka izveli stari Grci. Pokušali su sačuvati zvuk u amforama. To je izgledalo otprilike ovako: riječi su izgovorene u amforu i ona je brzo zapečaćena. Nažalost, niti jedna takva snimka nije preživjela do danas.

Prilikom odabira playera morate početi s razumijevanjem oblika u kojem će se formirati vaša kućna audioteka. Možete kupiti CD-ove na starinski način ili se prebaciti na kupnju svoje omiljene glazbe online. Potonja opcija ima dvije značajne prednosti. Kompaktan je i ekološki prihvatljiv:

• Ne postavlja se pitanje prostora u stanu za pohranu CD-a.
• Nema potrebe bacati neispravne diskove u smeće.

Jeste li odlučili kako ćete kupiti glazbu? Sjajno! Ako kupujete CD-e, potreban vam je CD player. Ako više volite online kupovinu, potražite player na tvrdom disku ili flash memoriji. Neodlučan? Sjajno! Potražite univerzalnog igrača. Na njemu možete slušati i diskove i datoteke kupljene online.

Naravno, možete ga pretvoriti u player i Osobno računalo. Ali ova je opcija prikladna kada je računalo doista osobno. Mogućnost natjecanja za prostor za tipkovnicom i mogući sukobi značajno će smanjiti zadovoljstvo slušanja glazbe dobre kvalitete.

Prilikom odabira playera posebnu pozornost obratite na dostupne priključke. Što je više opcija konektora, to će biti lakše odabrati druge elemente glazbenog centra.

Player je pročitao digitalnu sekvencu s CD-a ili datoteke. Sada dolazi najmatematičniji trenutak digitalne audio reprodukcije. Digitalni signal pretvoren u analogni. Ova se matematika događa u DAC-u ili digitalno-analognom pretvaraču.

DAC se može ugraditi u player ili implementirati kao zasebna jedinica. Ako želite dobiti zvuk visoke kvalitete, trebate se odlučiti za drugu opciju. Ugrađeni pretvarač obično je slabije kvalitete od zasebnog. Vanjski DAC ima vlastito napajanje, ugrađeni se napaja iz zajedničkog izvora s playerom. Pri korištenju vanjskog DAC-a, na njegov rad gotovo da ne utječu smetnje playera i pojačala.

Vanjski DAC prema rješenjima dizajna sklopa implementiran je u 4 glavne verzije:

• Modulator širine impulsa;
• Shema ponovnog uzorkovanja;
• Vrsta vaganja;
• Ljestvičasti ili R-2R lančani krug.

S tako bogatim izborom za postizanje visokokvalitetnog zvuka, čini se da opcija R-2R nema alternative. Zbog posebnog sklopa implementiranog korištenjem preciznih otpornika, DAC ljestvičastog tipa može postići vrlo visoku točnost pretvorbe.

Prilikom odabira vanjskog digitalno-analognog pretvarača obratite pozornost na dvije glavne karakteristike:

• Bitna dubina. Dobro je ako odabrani model ima 24 bita.
• Maksimalna brzina uzorkovanja. Vrlo dobra vrijednost 96 kHz, izvrsna 192 kHz.

Za postizanje visokokvalitetnog zvuka potrebno je kupiti pojačalo uz sustav zvučnika. U suštini, ova dva elementa audio centra rade kao jedan.

Malo teorije. Pojačalo je uređaj koji je dizajniran za povećanje snage analognih audio signala. Omogućuje vam usklađivanje signala primljenog od DAC-a s mogućnostima akustike. Prema vrsti energetskih elemenata, pojačala snage se dijele na cijevna i tranzistorska. Svaka grupa sadrži uređaje sa i bez povratne informacije Povratne informacije. Uvođenje povratne sprege ima za cilj ispravljanje izobličenja koja samo pojačalo unosi u pojačani signal. Međutim, kada dobijete zvuk bez izobličenja, morate prihvatiti gubitak dijela dinamičkog raspona zvuka.

Sa stajališta odabira tandema akustika-pojačalo, važno je klasificirati potonje prema vrsti karakteristika elementa snage. Postoje pojačala s triodnim i pentodnim karakteristikama. Pentodna pojačala dolaze u cijevnoj i tranzistorskoj izvedbi. Prikladni su za police za knjige ili jednostavne podno stojeće sustave zvučnika. Za osjetljivu podnu akustiku s rasponom od 90 dB ili više, bolje je odabrati pojačala s triodnom karakteristikom.

Čak i prije kupnje morate pokušati postići idealnu ravnotežu između mogućnosti pojačala i akustike. Najbolje je zamoliti konzultante izravno u trgovini da ispitaju odabrani sustav zvučnika zajedno s različitim pojačalima. Morate odabrati set koji najbolje odgovara vašem uhu.

Što je dobar sustav zvučnika je pitanje koje najviše zbunjuje. Izbor akustike ovisi o individualnim karakteristikama sluha osobe, parametrima prostorije u kojoj će se sustav postaviti i financijskim mogućnostima. U ovom sustavu s tri varijable vrlo je teško naći sredinu. Stoga ćemo razmotriti tri temeljne opcije za rješavanje problema.

Rješenje jedno. Proračun. Svoj kućni audio centar možete opremiti sustavima zvučnika za police. Ovi mali sustavi mogu se postaviti na policu za knjige. Pogodni su za malu sobu. Zbog male veličine također je jeftina opcija. Značajan nedostatak ovog rješenja je da akustika "police" neće proizvesti normalan zvuk basa.

Rješenje dva. Luksuzan. Ako dimenzije prostorije i financijske mogućnosti dopuštaju, tada možete kupiti podnu akustiku. Ovaj sustav, zbog svoje veličine, može sadržavati woofer velikog promjera. To znači da postoji mogućnost uživanja u dobrom basu.

Rješenje tri. "Zlatni" kompromis. Ovaj rješenje će poslužiti za velike i male prostorije i po pristupačnoj cijeni. Sastoji se od kupnje subwoofera i satelita. Subwoofer je odgovoran za visokokvalitetnu reprodukciju basova. Steliti reproduciraju visoke frekvencije.

Prilikom odabira akustike ne biste trebali slijediti nikakve savjete. Morate se osloniti samo na vlastiti sluh. Također morate biti spremni na činjenicu da će zvuk akustike u trgovini iu vašem stanu biti drugačiji.

Izbor spojnih vodiča pitanje je koje će neizbježno morati biti riješeno za postizanje kvalitetnog zvuka. Mnogo je članaka napisano o utjecaju kabela na zvuk. Jedino u čemu su autori postigli jedinstvo je zahtjev za duljinom kabela. Što kraće to bolje - to je zlatno pravilo pri odabiru spojnih kabela.

Malo teorije. Kabeli se dijele na interkonekcijske i akustične. Međublokovi se koriste za povezivanje audio središnjih blokova, kao što su player i DAC. Za spajanje se koriste zvučnički kabeli sustav zvučnika na pojačalo snage.

Prema vrsti materijala vodiča, kabeli se dijele na OFC, OCC i kompozitne. OFC su bakreni kabeli bez kisika proizvedeni postupkom izvlačenja. OCC su kabeli izrađeni od monokristalnog bakra dobivenog izravno iz taline. Kompozitni kabeli su kabeli kod kojih se vodič sastoji od nekoliko materijala.

Ako ste naumili stvoriti savršen audio centar od blokova različitih proizvođača, pokušajte koristiti što kraće spojne kabele. I budite spremni eksperimentirati kako biste postigli savršenu kvalitetu zvuka.

Konačno je sastavljen naš kućni kompleks za kvalitetnu reprodukciju glazbe u digitalnom formatu. Sada je ostala samo sitnica. Dobra oprema zahtijeva kvalitetno napajanje. Ako su najskuplja “brand” pojačala, DAC-ovi, playeri se napajaju iz dijeljena mreža, onda ništa zvuk visoke kvalitete nema pitanja. Napon kontaminiran smetnjama uništit će sve napore za odabirom i kupnjom visokokvalitetnih jedinica za audio centar.

Organizirajte napajanje svake jedinice posebnim kabelom. Kabeli moraju biti spojeni izravno na razvodnu ploču na ulazu u kuću. Priključne utičnice moraju osigurati visok stupanj fiksacije utikača. Pametno je koristiti zaštitu od prenapona jer će napajanje, a time i zvuk, biti čišći.