„Codificarea informațiilor audio. Codificarea și procesarea informațiilor audio În ce format sună cel mai bine muzica?

Dependența volumului, precum și a înălțimii sunetului, de intensitatea și frecvența undei sonore

Hertz(indicată prin Hz sau Hz) - o unitate de măsură a frecvenței proceselor periodice (de exemplu, oscilații).
1 Hz înseamnă o execuție a unui astfel de proces într-o secundă: 1 Hz = 1/s.

Dacă avem 10 Hz, atunci aceasta înseamnă că avem zece execuții ale unui astfel de proces într-o secundă.

Urechea umană poate percepe sunetul la frecvențe care variază de la 20 de vibrații pe secundă (20 Herți, sunet scăzut) la 20.000 de vibrații pe secundă (20 KHz, sunet înalt).

În plus, o persoană poate percepe sunetul într-o gamă largă de intensități, în care intensitatea maximă este de 1014 ori mai mare decât cea minimă (de o sută de mii de miliarde de ori).

Pentru a măsura volumul sunetului, a fost inventată și folosită o unitate specială " decibel" (dB)

O scădere sau creștere a volumului sunetului cu 10 dB corespunde unei scăderi sau creșteri a intensității sunetului de 10 ori.

Volumul sunetului în decibeli

Pentru a sisteme informatice ar putea procesa sunetul, continuu semnal sonor trebuie convertit într-o formă digitală, discretă folosind eșantionarea în timp.

Pentru a face acest lucru, o undă sonoră continuă este împărțită în secțiuni temporare mici separate și pentru fiecare astfel de secțiune este setată o anumită valoare a intensității sunetului.

Astfel, dependența continuă a volumului sunetului de timpul A(t) este înlocuită cu o succesiune discretă de niveluri de zgomot. Pe grafic, aceasta arată ca înlocuirea unei curbe netede cu o secvență de „pași”.

Eșantionarea în timp a sunetului

Pentru înregistrare sunet analogic iar convertirea acestuia în formă digitală folosește un microfon conectat la placa de sunet.

Cu cât dungile discrete sunt mai dense pe grafic, cu atât o calitate mai bună vei putea în cele din urmă să recreați sunetul original.

Calitatea celor primite audio digital depinde de numărul de măsurători ale nivelului volumului sonor pe unitatea de timp, adică de frecvența de eșantionare.

Rata de eșantionare audio este numărul de măsurători ale volumului sunetului într-o secundă.

Cum cantitate mare măsurătorile se fac într-o secundă (cu cât frecvența de eșantionare este mai mare), cu atât „scara” semnalului audio digital urmează cu mai multă acuratețe curba semnalului analogic.

Fiecărui „pas” din grafic i se atribuie o valoare specifică a nivelului de volum al sunetului. Nivelurile volumului sunetului pot fi gândite ca un set de stări posibile N(gradații), pentru codificarea căreia este necesară o anumită cantitate de informații eu, care se numește adâncimea codării audio.

Adâncimea codării audio- aceasta este cantitatea de informații care este necesară pentru codificare niveluri discrete volumul audio digital.

Dacă se cunoaște adâncimea de codificare, atunci numărul de niveluri de volum al sunetului digital poate fi calculat folosind formula generală N=2I.

De exemplu, să fie adâncimea de codificare audio de 16 biți, caz în care numărul de niveluri de volum audio este egal cu:

N = 2 I = 2 16 = 65.536.

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

Deci, cu cât frecvența de eșantionare și adâncimea codificării audio sunt mai mari, cu atât sunetul digitizat va suna de calitate mai mare și cu atât mai bine puteți aduce sunetul digitizat mai aproape de sunetul original.

Audio digitizat de cea mai înaltă calitate, corespunzătoare calității CD-ului 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 piese audio (mod stereo).

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

Puteți estima cu ușurință volumul de informații al unui fișier audio digital stereo cu o durată a sunetului de 1 secundă cu o calitate medie a sunetului (16 biți, 24.000 de măsurători pe secundă). Pentru a face acest lucru, adâncimea de codificare trebuie înmulțită cu numărul de măsurători pe secundă și înmulțită cu 2 canale (sunet stereo):

16 biți × 24.000 × 2 = 768.000 biți = 96.000 de biți = 93,75 KB.

Editori de sunet

Editorii de sunet vă permit nu numai să înregistrați și să redați sunetul, ci și să îl editați. Cel mai proeminent poate fi numit în siguranță, cum ar fi Sony Sound Forge, Adobe Audition, GoldWave si altii.

Sunetul digitizat este prezentat în editori de sunetîntr-o formă vizuală clară, astfel încât copierea, mutarea și ștergerea unor părți ale pistei audio pot fi efectuate cu ușurință folosind un mouse de computer.

În plus, puteți suprapune și suprapune piste audio una peste alta (amesteca sunete) și aplica diverse efecte acustice (eco, redare inversă etc.).

La salvarea sunetului în formate comprimate, frecvențele de sunet de intensitate scăzută care sunt inaudibile și imperceptibile („excesive”) pentru percepția umană, care coincid în timp cu frecvențele de sunet de intensitate mare, sunt eliminate. Utilizarea acestui format vă permite să comprimați fișierele de sunet de zeci de ori, dar duce la pierderea ireversibilă a informațiilor (fișierele nu pot fi restaurate la forma lor originală, originală).

Există trei tipuri principale de figuri audio:

• format - fără compresie;
• format (cu pierderi) - compresie cu pierderi;
• format (fără pierderi) - compresie fără pierderi.

Lossy - compresie cu pierderi: o tehnologie care reduce semnificativ fișierul codificat în comparație cu originalul, datorită eliminării informațiilor care nu sunt perceptibile de urechea umană.

Dezavantajul acestei tehnologii este faptul că fișier comprimat nu va fi niciodată identic cu originalul.

Lista celor mai comune formate cu pierderi:

• AAC (.m4a, .mp4, .m4p, .aac) - Codare audio avansată (adesea într-un container MPEG-4)
• MP2 (MPEG Layer 2)
• MP3 (MPEG Layer 3)
• MPC (cunoscut sub numele de Musepack, cunoscut anterior ca MPEGplus sau MP+)
• Ogg Vorbis
• WMA (Windows Media Audio)

Lossless - formate audio cu compresie fără pierderi, acestea includ:

• FLAC (Codec audio gratuit fără pierderi)
• APE (Monkey's Audio)
• WV (WavPack)

Aceste formate sunt capabile să convertească un CD într-un format digital, păstrând în același timp calitatea. De exemplu, puteți lua un CD, îl puteți converti în WAV, apoi în format WAV în FLAC, apoi înapoi de la FLAC în WAV, apoi îl puteți inscripționa pe un CD gol și veți avea o copie absolut identică a sursei dvs.

În ce format sună cel mai bine muzica?

Cel mai popular este formatul FLAC fără pierderi, iar unul dintre cele mai frecvent utilizate programe pentru conversia CD-urilor în format FLAC este EAC (Exact Audio Copy).

Dintre toți parametrii audio digital Este necesar să se acorde atenție în primul rând următorilor indicatori:

frecvența de eșantionare (precizia digitizării unui semnal analogic în timp),
bitrate (cantitatea de informații conținute în fișier în termeni de secundă).

Frecvența de eșantionare este frecvența la care este procesat sunetul digital. Cea mai comună rată de eșantionare în formatele audio de calitate este de 44,1 kHz

Este în general acceptat că o rată de biți mare garantează o calitate mai bună - acest lucru este adevărat, dar numai cu condiția unei calități înalte fișier sursă. Un MP3 de înaltă calitate ar trebui să aibă un bitrate de 320 kbps, dar un format FLAC de înaltă calitate are de obicei un bitrate de 900 kbps sau mai mare.

Care este cel mai bun format muzical din punct de vedere al calității?

Pe lângă formatele audio în sine, pentru un sunet muzical de înaltă calitate, aveți nevoie și de echipamente de redare de înaltă calitate: difuzoare, amplificatoare, căști. Cu alte cuvinte folosind difuzoare desktop pentru căști pentru PC și buget, nu vă veți putea bucura pe deplin de sunet de înaltă calitate și nu vă veți putea debloca întregul potențial al formatelor fără pierderi.

Fără a intra în detalii tehnice, vă putem recomanda următoarele formate:

Pentru ascultarea acasă, recomand, după părerea mea, cel mai bun format este FLAC. Pentru player audio buna decizie Va exista un format MP3 cu un bitrate de cel puțin 320 kbps. Personal, folosesc doar formatul FLAC pe toate dispozitivele, din fericire volumele carduri microSD vă permit să stocați o cantitate suficientă de date în player.

În ceea ce privește echipamentele pentru redarea muzicii de înaltă calitate, vă sfătuiesc să acordați atenție următoarelor mărci:

Dacă acustica bugetară nu ți se potrivește și ești fan al echipamentelor de sunet de înaltă calitate (Hi-Fi sau Hi-End), atunci totul este în mâinile tale și limitat doar de bugetul tău, nu voi da recomandări.

Obiective:

educational:

• Cunoașteți tehnologia codificare binară fișiere format wav
• Învață să rezolvi problemele pentru a determina dimensiunea unui fișier audio WAV

Eșantionarea timpului - un proces în care, în timpul codificării unui semnal audio continuu, unda sonoră este împărțită 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.

Adâncime audio (adâncime de codificare) -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 folosind formula N= 2 eu Undeeu- adâncimea sunetului.

Frecvența de eșantionare - numărul de măsurători ale nivelului semnalului de intrare pe unitatea de timp (pe 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 la 1 secundă -1 Hz.

1000 de măsurători în 1 secundă 1 kHz. Să notăm rata de eșantionare prin literăD. Pentru codificare, alegeți una dintre cele trei frecvențe:44,1 KHz, 22,05 KHz, 11,025 KHz.

Se crede că gama de frecvențe pe care o aude o persoană provine 20 Hz până la 20 kHz.

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

Adaptor audio (placa de sunet) - un dispozitiv care convertește vibrațiile electrice ale frecvenței sunetului într-un cod binar numeric la introducerea sunetului și invers (de la un cod numeric în vibrații electrice) la redarea sunetului.

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

Dimensiunea registrului - numărul de biți din registrul adaptorului audio. Cu cât adâncimea de biți este mai mare, cu atât eroarea fiecărei valori individuale este mai mică curent electric la un număr și înapoi. Dacă adâncimea de biți este eu, atunci la măsurare se poate obține semnalul de intrare 2eu = N sensuri diferite.

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

A= D* T* eu/8 , UndeD - frecvența de eșantionare (Hz),T- timpul redării sau înregistrării sunetului,eulățimea registrului (rezoluție). Conform acestei formule, dimensiunea este măsurată 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 ofere Tabelul 1, arătând câți MB va ocupa un minut codificat informații audio la diferite rate de eșantionare:

Algoritmul 1 (Calculează volumul de informații al unui fișier de sunet):

1) aflați câte valori totale sunt citite în memorie în timpul redării fișierului;

2) aflați capacitatea codului (câți biți în memorie ocupă fiecare valoare măsurată);

3) înmulțiți rezultatele;

4) convertiți rezultatul în octeți;

5) convertiți rezultatul în K octeți;

6) convertiți rezultatul în M octeți;

Algoritmul 2 (Calculați timpul de redare al fișierului.)

1) Convertiți volumul de informații al fișierului în K octeți.

2) Convertiți volumul de informații al fișierului în octeți.

3) Convertiți volumul de informații al fișierului în biți.

4) Aflați câte valori au fost măsurate (volumul de informații în biți împărțit la lungimea de biți a codului).

5) Calculați numărul de secunde de sunet. (Împărțiți rezultatul anterior la frecvența de eșantionare.)

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.

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 memorie pentru stocarea unui fișier audio digital, al cărui timp de redare este de două minute la o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz și o rezoluție de 16 biți.

Soluţie:

A= D* T* eu/8. - cantitatea de memorie pentru stocarea unui fișier audio digital.

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

Răspuns: ≈ 10 MB

Nivelul „4”

3. Utilizatorul are o capacitate de memorie de 2,6 MB. Este necesar să înregistrați un fișier audio digital cu o durată a sunetului de 1 minut. Care ar trebui să fie frecvența de eșantionare și adâncimea de biți?

Soluţie:

Formula de calcul a frecvenței de eșantionare și a adâncimii de biți: D* I =A/T

(capacitatea memoriei în octeți) : (timpul sunetului în secunde):

2,6 MB = 2726297,6 octeți

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

D=45438,3 octeți: I

Lățimea adaptorului poate fi de 8 sau 16 biți. (1 octet sau 2 octeți). Prin urmare, frecvența 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:

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

Soluţie:

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

(capacitatea memoriei în octeți) : (frecvența de eșantionare în Hz) : (capacitatea 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 de spațiu pe disc, capacitatea de biți a plăcii de sunet este de 8. La ce frecvență de eșantionare este înregistrat sunetul?

Soluţie:

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

(capacitatea memoriei în octeți) : (timp de înregistrare în secunde) : (capacitatea 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 a unui fișier audio digital ocupă 5,1 MB de spațiu pe disc. Frecvența de eșantionare - 22050 Hz. Care este adâncimea de biți a adaptorului audio?

Soluţie:

Formula pentru calcularea adâncimii de biți: (capacitatea memoriei în octeți): (timpul de sunet în secunde): (frecvența 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?

Soluţie:

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

(capacitatea memoriei în octeți) : (frecvența de eșantionare în Hz) : (capacitatea 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 a sunetului de 1 minut. dacă „adâncimea” de codificare și frecvența de eșantionare a semnalului audio sunt egale, respectiv:
a) 16 biți și 8 kHz;
b) 16 biți și 24 kHz.

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 care durează 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 care durează 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. Câtă memorie este necesară pentru a stoca un fișier audio digital cu înregistrarea sunetului Calitate superioară cu condiția ca timpul de joc să fie de 3 minute?

Soluţie:

Calitatea ridicată a sunetului este obținută la o frecvență de eșantionare de 44,1 kHz și o adâncime de biți a adaptorului audio de 16.
Formula pentru calcularea capacității de memorie: (timpul de înregistrare în secunde) x (capacitatea 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 înregistrare audio de calitate scăzută (sunetul este întunecat și înfundat). Care este durata unui fișier dacă dimensiunea acestuia este de 650 KB?

Soluţie:

Următorii parametri sunt tipici pentru sunetul sumbru și înfundat: frecvența de eșantionare - 11,025 KHz, adâncimea de biți a adaptorului audio - 8 biți (vezi Tabelul 1). Atunci T=A/D/I. Să convertim volumul în octeți: 650 KB = 665600 octeți

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

Răspuns: durata sunetului este de 60,5 s

Soluţie:

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

Volumul de informații al unui fișier de sunet care durează 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 frecvență 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 care durează 1 secundă este egal cu:


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

b).
1) Volumul de informații al unui fișier de sunet care durează 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 secundă de 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)?

Soluţie:

Formula pentru calcularea dimensiunii memoriei A= D* T* eu:
(timp de înregistrare în secunde) * (capacitatea plăcii de sunet în octeți) * (frecvența de eșantionare). 16 biți -2 octeți.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 octeți (înregistrare CD stereo de 1 secundă)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 octeți (1 minut de înregistrare stereo CD)
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. Determinarea 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 un CD. Mărimea semnalului analogic este măsurată în acest caz de 44.100 de ori pe secundă.

Nivelul „5”

13. Determinați calitatea sunetului (calitate transmisie radio, calitate medie, calitate CD audio) dacă se știe că volumul unui fișier audio mono cu o durată a sunetului de 10 secunde. 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 biți: 10 sec = 770048 biți/s
3) 770048 bps: 16 biți = 48128 Hz - frecvența 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 biți/s
3) 128614,4 bps: 16 biți = 8038,4 Hz
Răspuns: calitatea difuzării

Răspuns: a) calitate CD; b) calitatea emisiunii radio.

14. Determinați lungimea fișierului audio care se va potrivi pe o dischetă de 3,5”. Vă rugăm să rețineți că 2847 de sectoare de 512 octeți sunt alocate pentru a stoca date 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 cu un volum de 1423,5 KB este egal cu:
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 care durează 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 cu un volum de 1423,5 KB este egal cu:
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

planul se împarte în verticală şi linii orizontale. Partiționarea verticală este eșantionarea semnalului analogic (frecvența de măsurare a semnalului), partiționarea orizontală este cuantizarea după nivel. Acestea. Cu cât grila este mai fină, cu atât este mai bună aproximarea sunetului analogic folosind numere. Cuantizarea pe opt biți este utilizată pentru a digitiza vorbirea obișnuită ( conversație telefonică) și emisiuni radio pe unde scurte. Șaisprezece biți - pentru digitizarea muzicii și a transmisiilor radio VHF (undă ultrascurtă).

Nivelul „3”

15. Semnalul audio analogic a fost eșantionat mai întâi utilizând 256 de intensități ale semnalului (calitate a sunetului difuzat) și apoi folosind 65.536 de intensități de semnal (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 intensitate a semnalului este de 8 biți, iar utilizarea a 65536 de niveluri de intensitate 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 rata de eșantionare a sunetului perceptibil de om?
• Care ar trebui să fie mai mare: rata de eșantionare a vorbirii sau rata de eșantionare a unei orchestre simfonice?

Scop: Introducerea studenților în caracteristicile hardware și software pentru lucrul cu sunetul. Tipuri de 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 frecvențe pe care oamenii le aud este de la 20 Hz la 20 kHz. Astfel, conform teoremei Nyquist-Kotelnikov, pentru ca un semnal analogic să fie reconstruit cu precizie din reprezentarea sa discretă (din mostrele sale), Rata de eșantionare trebuie să fie de cel puțin două ori frecvența audio maximă a semnalului respectiv. Frecvența maximă a sunetului pe care o poate auzi o persoană este de 20 KHz, ceea ce înseamnă că dispozitivul ra si software trebuie să ofere o rată de eșantionare de cel puțin 40 kHz, sau mai precis 44,1 kHz. Procesarea computerizată a sunetului unei orchestre simfonice implică mai mult frecventa inalta eșantionarea decât procesarea vorbirii, deoarece intervalul de frecvență în cazul unei orchestre simfonice este mult mai mare.

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

Nivelul „5”

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

Soluţie:

Codificarea la 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 2 3 = 8 nivele de cuantizare. Adică, ca cod numeric pentru înălțimea sunetului la fiecare moment selectat de timp, putem seta una dintre următoarele combinații: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Există doar 8 dintre prin urmare, înălțimea sunetului poate fi măsurată la 8 „niveluri”:

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

Folosind aceasta metoda codificare, obținem următorul rezultat (spatiile sunt incluse pentru ușurința percepției): 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, rata de eșantionare de 10 Hz și nivelul de cuantizare de 2 3 (3 biți) sunt prea mici. În mod obișnuit, pentru sunet (voce), se alege o frecvență de eșantionare de 8 kHz, adică de 8000 de ori pe secundă, și un nivel de cuantizare de 2 8 (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 frecvența de eșantionare, principalele caracteristici ale reprezentării sunetului într-un calculator. Obiective: pentru a consolida înțelegerea de către studenți a conceptelor de „acuratețea reprezentării datelor”, „eroare de măsurare”, „eroare de reprezentare”; Examinați codarea binară și lungimea codului cu studenții. Tip de activitate: lucrul cu definiții de concepte. (, p. ??, sarcina 3)

Soluţie:

În geometrie, fizică și tehnologie, există conceptul de „precizie de măsurare”, care este strâns legat de conceptul de „eroare de măsurare”. Dar există și un concept „precizia reprezentării”. De exemplu, despre înălțimea unei persoane putem spune că este: 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 înălțimea măsurată.
Același lucru este valabil și pentru codificarea binară. Dacă doar 2 biți sunt utilizați pentru a înregistra înălțimea unui sunet la un anumit moment de timp, atunci, chiar dacă măsurătorile au fost precise, pot fi transmise doar 4 niveluri: scăzut (00), sub medie (01), peste medie ( 10), mare (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 această valoare este transmisă mai precis.

Notă. De remarcat că instrumentul de măsură trebuie să suporte și nivelul de cuantizare selectat (nu are rost să reprezinte lungimea măsurată cu o riglă cu diviziuni decimetrice cu o precizie de milimetru).

Bunicul meu a ascultat gramofonul. Tatăl meu și-a petrecut tinerețea ascultând muzică provenind de la difuzorul unui magnetofon bobină la bobină. Tinerețea mea a văzut ascensiunea și căderea casetofonelor. Fiul meu crește în era sunetului digital. Pentru a ține pasul cu vremurile și pentru a oferi fiului meu un „sunet” bun, am decis să aflu ce determină calitatea redării unui semnal audio digital.

Am vorbit cu prietenii mei iubitori de muzică. A efectuat o căutare de informații pe internet. Drept urmare, am ajuns la concluzia că sunetul de înaltă calitate în era digitală poate fi obținut dacă alegeți corect cele 7 elemente principale ale centrelor muzicale moderne:

• formatul în care este înregistrată muzica;
• casetofon;
• convertor digital-analogic;
• amplificator;
• acustică;
• cabluri;
• nutriție.

Mai jos voi împărtăși observațiile și concluziile mele cu privire la obținerea sunetului de înaltă calitate din înregistrări în formate digitale.

O digresiune lirică, experții nu trebuie să o citească.

Voi explica pe scurt de unde vine sunetul format digital. În timpul procesului de înregistrare, microfonul se convertește vibratii mecanice(sunet real) într-un semnal electric analogic. Un semnal analogic, în cel mai general caz, este similar cu unda sinusoidală cu care suntem familiarizați cu toții din liceu. În era sunetului analogic, acest semnal a fost înregistrat pe diverse medii și apoi reprodus.

Odată cu dezvoltarea tehnologiei microprocesoarelor, a devenit posibilă înregistrarea și stocarea informațiilor audio în formate digitale. Aceste formate sunt obținute folosind un proces de conversie analog-digital (ADC).

În timpul ADC, semnalul analogic (unda noastră sinusoidală de la liceu) este convertit într-unul discret (cu alte cuvinte, este tăiat în părți). În etapa următoare, semnalul discret este cuantificat, adică fiecare segment rezultat al sinusoidei este asociat cu o valoare digitală. La a treia etapă, semnalul cuantificat este digitizat, adică. codificată ca o secvență de 0 și 1. În legătură cu înregistrarea audio digitală, informațiile despre amplitudinea și frecvența sunetului sunt digitizate.

Formatele audio digitale sunt folosite pentru a înregistra și stoca informații audio digitale. Un format audio este un set de cerințe pentru reprezentarea datelor audio în formă digitală.

Când discutăm despre calitatea sunetului, formatele digitale sunt împărțite în 3 categorii:

• Formate fără compresie suplimentară (CDDA, DSD, WAV, AIFF etc.);
• Formate comprimate fără pierderi de calitate (FLAC, WavPack, ADX etc.);
• Formate care utilizează compresie cu pierderi (MP3, AAC, RealAudio etc.).

Sunet de înaltă calitate se obține la redarea muzicii salvate în formate din prima și a doua categorie. În formatele din a treia categorie, pentru a reduce volumul de date, unele informații sunt excluse în mod deliberat. De exemplu, informații despre frecvențele ascunse.

Frecvențele ascunse sunt cele care se află în afara intervalului de percepție al unei persoane medii: 20 Hz - 22 kHz. Pentru audiofili, această gamă, datorită caracteristicilor psihofiziologice individuale, este mai largă.

Pentru a finaliza biblioteca audio de acasă, ar trebui să selectați înregistrările salvate în fișiere cu extensiile:

• *.wav, *.dff, *.dsf, *.aif, *.aiff – acestea sunt fișiere audio necomprimate;
• *.mp4, *.flac, *.ape, *.wma sunt cele mai comune fișiere cu sunet comprimat fără pierderi.

Din istorie. Ei spun că primele experimente privind conservarea sunetului au fost efectuate de grecii antici. Au încercat să păstreze sunetul în amfore. Arăta cam așa: cuvintele au fost rostite în amforă și a fost rapid sigilată. Din păcate, nici o astfel de înregistrare nu a supraviețuit până astăzi.

Atunci când alegeți un player, trebuie să începeți cu o înțelegere a formei în care va fi formată biblioteca dvs. audio de acasă. Puteți cumpăra CD-uri la modă veche sau puteți trece la achiziționarea muzicală preferată online. Ultima opțiune are două avantaje semnificative. Este compact și ecologic:

• Problema spațiului în apartament pentru depozitarea CD-urilor nu se pune.
• Nu este nevoie să aruncați discurile defecte la coșul de gunoi.

Te-ai hotărât cum să cumperi muzică? Grozav! Dacă cumpărați CD-uri, aveți nevoie de un CD player. Dacă preferați cumpărăturile online, căutați un player pe un hard disk sau pe o memorie flash. Indecis? Grozav! Căutați un jucător universal. Pe acesta puteți asculta atât discuri, cât și fișiere achiziționate online.

Desigur, îl poți transforma într-un jucător și Calculator personal. Dar această opțiune este convenabilă atunci când computerul este cu adevărat personal. Perspectiva competiției pentru spațiu la tastatură și posibilele conflicte vor reduce semnificativ plăcerea de a asculta muzică de bună calitate.

Atunci când alegeți un player, acordați o atenție deosebită conectorilor disponibili. Cu cât mai multe opțiuni de conectare, cu atât va fi mai ușor să selectați alte elemente ale centrului muzical.

Playerul a citit o secvență digitală de pe un CD sau fișier. Acum vine cel mai matematic moment al reproducerii audio digitale. Semnal digital convertit în analogic. Această matematică se întâmplă într-un DAC sau convertor digital-analogic.

DAC-ul poate fi încorporat în player sau implementat ca o unitate separată. Dacă doriți să obțineți un sunet de înaltă calitate, trebuie să optați pentru a doua opțiune. Convertorul încorporat este de obicei inferioară ca calitate față de unul separat. DAC-ul extern are propria sa sursă de alimentare, cel încorporat este alimentat de la o sursă comună cu playerul. Când utilizați un DAC extern, funcționarea acestuia este aproape neafectată de interferența de la player și amplificator.

DAC extern conform soluțiilor de proiectare a circuitelor este implementat în 4 versiuni principale:

• Modulator de lățime a impulsului;
• Schema de reeșantionare;
• Tip de cântărire;
• Tip scară sau circuit în lanț R-2R.

Cu o asemenea multitudine de opțiuni pentru a obține un sunet de înaltă calitate, opțiunea R-2R pare să nu aibă nicio alternativă. Datorită unui circuit special implementat folosind rezistențe de precizie, DAC-ul de tip ladder poate atinge o precizie de conversie foarte mare.

Atunci când alegeți un convertor extern digital-analogic, ar trebui să acordați atenție două caracteristici principale:

• Adâncime de biți. Este bine dacă modelul selectat are 24 de biți.
• Rata maximă de eșantionare. Valoare foarte bună 96 kHz, excelent 192 kHz.

Pentru a obține un sunet de înaltă calitate, trebuie să cumpărați un amplificator împreună cu sistemul de difuzoare. În esență, aceste două elemente ale centrului audio funcționează ca unul singur.

Puțină teorie. Un amplificator este un dispozitiv conceput pentru a crește puterea semnalelor audio analogice. Vă permite să potriviți semnalul primit de la DAC cu capacitățile acusticii. Pe baza tipului de elemente de putere, amplificatoarele de putere sunt împărțite în tuburi și tranzistori. Fiecare grup conține dispozitive cu și fără feedback părere. Introducerea feedback-ului are ca scop corectarea distorsiunilor pe care amplificatorul însuși le introduce în semnalul amplificat. Cu toate acestea, atunci când obțineți sunet fără distorsiuni, trebuie să acceptați pierderea unei părți din intervalul dinamic al sunetului.

Din punctul de vedere al selectării tandemului acustică-amplificator, este important să îl clasificăm pe acesta din urmă în funcție de tipul de caracteristici ale elementului de putere. Există amplificatoare cu caracteristici de triodă și pentodă. Amplificatoarele Pentode sunt disponibile în versiuni cu tuburi și tranzistori. Sunt potrivite pentru rafturi de cărți sau sisteme simple de difuzoare pe podea. Pentru acustica pardoselii sensibile cu o gamă de 90 dB sau mai mult, este mai bine să selectați amplificatoare cu caracteristică triodă.

Chiar înainte de a cumpăra, trebuie să încercați să obțineți echilibrul ideal între capacitățile amplificatorului și acustică. Cel mai bine este să cereți consultanților direct în magazin să testeze sistemul de difuzoare selectat împreună cu diferite amplificatoare. Trebuie să alegi setul care se potrivește cel mai bine urechii tale.

Ce este un sistem bun de difuzoare este cea mai confuză întrebare. Alegerea acusticii depinde de caracteristicile individuale ale auzului unei persoane, de parametrii camerei în care va fi amplasat sistemul și de capacitățile financiare. În acest sistem cu trei variabile, găsirea unei căi de mijloc este foarte dificilă. Prin urmare, vom lua în considerare trei opțiuni fundamentale pentru rezolvarea problemei.

Soluția unu. Buget. Puteți echipa centrul audio de acasă cu sisteme de difuzoare pentru rafturi. Aceste sisteme mici pot fi așezate pe un raft cu cărți. Sunt convenabile pentru o cameră mică. Datorită dimensiunilor sale mici, este și o opțiune ieftină. Un dezavantaj semnificativ al acestei soluții este că acustica „de raft” nu va produce un sunet bas normal.

Soluția a doua. de lux. Dacă dimensiunile camerei și capacitățile financiare permit, atunci puteți cumpăra acustice pe podea. Acest sistem, datorita dimensiunii sale, poate contine un woofer cu diametru mare. Aceasta înseamnă că există șansa de a vă bucura de un bas bun.

Soluția trei. Compromis „de aur”. Acest solutia va merge pentru camere mari si mici si la un pret accesibil. Constă în achiziționarea unui subwoofer și a sateliților. Subwoofer-ul este responsabil pentru reproducerea basului de înaltă calitate. Steliții reproduc frecvențe înalte.

Atunci când alegeți acustica, nu trebuie să urmați niciun sfat. Trebuie să te bazezi doar pe propriul tău auz. De asemenea, trebuie să fii pregătit pentru faptul că sunetul acusticii din magazin și din apartamentul tău va fi diferit.

Alegerea conductorilor de conectare este o problemă care va trebui inevitabil rezolvată pentru a obține un sunet de înaltă calitate. S-au scris multe articole despre efectul cablurilor asupra sunetului. Singurul lucru pe care autorii au obținut unitatea a fost cerința privind lungimea cablului. Cu cât este mai scurt, cu atât mai bine - aceasta este regula de aur atunci când alegeți cablurile de conectare.

Puțină teorie. Cablurile sunt împărțite în cabluri de interconectare și cabluri acustice. Interblocurile sunt folosite pentru a conecta blocuri centrale audio, cum ar fi un player și un DAC. Pentru conectare se folosesc cabluri pentru difuzoare sistem de boxe la amplificatorul de putere.

În funcție de tipul de material conductor, cablurile sunt împărțite în OFC, OCC și compozit. OFC sunt cabluri de cupru fără oxigen produse prin metoda de tragere. OCC sunt cabluri din cupru monocristalin obținut direct din topitură. Cablurile compozite sunt cabluri în care conductorul este format din mai multe materiale.

Dacă ți-ai propus să creezi centrul audio perfect din blocuri diferiți producători, încercați să utilizați cabluri de conectare cât mai scurte posibil. Și fiți pregătit să experimentați pentru a obține o calitate perfectă a sunetului.

În cele din urmă, complexul nostru de acasă pentru redarea muzicii de înaltă calitate în format digital este asamblat. Acum tot ce rămâne este un simplu fleac. Un echipament bun necesită o sursă de alimentare de înaltă calitate. Dacă cele mai scumpe amplificatoare „de marcă”, DAC-uri, playerele sunt alimentate de la rețea partajată, apoi nimic sunet de înaltă calitate nu se pune problema. Tensiunea contaminată cu interferențe va distruge toate eforturile de a selecta și cumpăra unități de înaltă calitate pentru centrul audio.

Organizați sursa de alimentare pentru fiecare unitate cu un cablu separat. Cablurile trebuie conectate direct la panoul de distributie de la intrarea in locuinta. Prizele de conectare trebuie să asigure un grad ridicat de fixare a fișei. Este înțelept să folosiți un protector de supratensiune; acesta va face sursa de alimentare și, prin urmare, sunetul, mai curat.