«Кодування звукової інформації. Кодування та обробка звукової інформації У якому форматі музика звучить найбільш якісно

Залежність гучності, а також висоти тону звуку від інтенсивності та частоти звукової хвилі

Герц(позначається Гц або Hz) – одиниця виміру частоти періодичних процесів (наприклад коливань).
1 Гц означає одне виконання такого процесу за секунду: 1 Гц= 1/с.

Якщо ми маємо 10 Гц, це означає, що ми маємо десять виконань такого процесу за одну секунду.

Людське вухо може сприймати звук із частотою від 20 коливань за секунду (20 Герц, низький звук) до 20 000 коливань за секунду (20 КГц, високий звук).

Крім того, людина може сприймати звук у великому діапазоні інтенсивностей, в якому максимальна інтенсивність більша за мінімальну в 1014 разів (в сто тисяч мільярдів разів).

Для того, щоб вимірювати гучність звуку, придумали і застосовують спеціальну одиницю. децибел" (дБ)

Зменшення або збільшення гучності звуку на 10 дБ відповідає зменшенню або збільшенню інтенсивності звуку у 10 разів.

Гучність звуку в децибелах

Для того щоб комп'ютерні системимогли обробляти звук, безперервний звуковий сигналповинен бути перетворений на цифрову, дискретну форму за допомогою тимчасової дискретизації.

Для цього безперервна звукова хвиля розбивається на окремі маленькі часові ділянки, для кожної такої ділянки встановлюється певна величина інтенсивності звуку.

Отже, безперервна залежність гучності звуку від часу A(t) замінюється дискретну послідовність рівнів гучності. На графіку це виглядає як заміна гладкої кривої на послідовність "сходинок".

Тимчасова дискретизація звуку

Для запису аналогового звукута його перетворення на цифрову форму використовується мікрофон, підключений до звукової плати.

Чим частіше на графіку будуть розташовуватися дискретні смужки, тим якісніше в результаті вийде відтворити початковий звук

Якість отриманого цифрового звукузалежить від кількості вимірювань рівня гучності звуку за одиницю часу, тобто частоти дискретизації.

Частота дискретизації звуку- це кількість вимірювань гучності за одну секунду.

Чим Велика кількістьвимірювань проводиться за одну секунду (що більше частота дискретизації), тим точніше "драбинка" цифрового звукового сигналу повторює криву аналогового сигналу.

Кожній "сходинці" на графіку надається певне значення рівня гучності звуку. Рівні гучності звуку можна як набір можливих станів N(градацій), для кодування яких потрібна певна кількість інформації I, Яке називається глибиною кодування звуку.

Глибина кодування звуку- це кількість інформації, яка необхідна для кодування дискретних рівнівгучності цифрового звуку.

Якщо відома глибина кодування, кількість рівнів гучності цифрового звуку можна розраховувати за загальною формулою N = 2 I.

Наприклад, нехай глибина кодування звуку становить 16 бітів, у такому разі кількість рівнів гучності звуку дорівнює:

N = 2 I = 2 16 = 65536.

У процесі кодування кожному рівню гучності звуку присвоюється свій 16-бітовий двійковий код, найменшому рівню звуку буде відповідати код 0000000000000000, а найбільшому - 11111111111111111.

Якість оцифрованого звуку

Отже, чим більша частота дискретизації та глибина кодування звуку, тим якіснішим буде звучання оцифрованого звуку і тим краще можна наблизити оцифрований звук до оригінального звучання.

Найвища якість оцифрованого звуку, що відповідає якості аудіо-CD, досягається при частоті дискретизації 48 000 разів на секунду, глибині дискретизації 16 бітів та запису двох звукових доріжок (режим "стерео").

Необхідно пам'ятати, що що вище якість цифрового звуку, то більше вписувалося інформаційний обсяг звукового файла.

Можна легко оцінити інформаційний обсяг цифрового стереозвукового файлу тривалістю звучання 1 секунда за середньої якості звуку (16 бітів, 24 000 вимірів на секунду). Для цього глибину кодування необхідно помножити на кількість вимірювань в 1 секунду та помножити на 2 канали (стереозвук):

16 біт × 24 000 × 2 = 768 000 біт = 96 000 байт = 93,75 Кбайт.

Звукові редактори

Звукові редактори дозволяють не лише записувати та відтворювати звук, а й редагувати його. Найбільш помітними можна сміливо назвати, такі як Sony Sound Forge, Adobe Audition, GoldWaveта інші.

Оцифрований звук представляється в звукових редакторіву наочній візуальній формі, тому операції копіювання, переміщення та видалення частин звукової доріжки можна легко здійснювати за допомогою комп'ютерної миші.

Крім того, можна накладати, перехльостувати звукові доріжки один на одного (мікшувати звуки) та застосовувати різні акустичні ефекти (луна, відтворення у зворотному напрямку та ін.).

При збереженні звуку у форматах зі стисненням відкидаються не чутні і несприйняті ("надлишкові") для людського сприйняття звукові частоти з малою інтенсивністю, що збігаються за часом зі звуковими частотами з великою інтенсивністю. Застосування такого формату дозволяє стискати звукові файли в десятки разів, проте призводить до незворотної втрати інформації (файли не можуть бути відновлені у початковому, вихідному вигляді).

Існує три основні типи аудіоцифри:

• формат - без стиснення;
• формат (lossy) - стиск із втратами;
• формат (lossless) - стиск без втрат.

Lossy - стиск із втратами: технологія при якій відбувається значне зменшення кодованого файлу в порівнянні з вихідним оригіналом, за рахунок вилучення інформації, що не сприймається людським слухом.

Мінусом цієї технології є той факт, що стислий файлніколи не буде ідентичним оригінальному.

Список найпоширеніших lossy-форматів:

• AAC (.m4a, .mp4, .m4p, .aac) - Advanced Audio Coding (часто в контейнері MPEG-4)
• MP2 (MPEG Layer 2)
• MP3 (MPEG Layer 3)
• MPC (відомий як Musepack, раніше носив імена MPEGplus або MP+)
• Ogg Vorbis
• WMA (Windows Media Audio)

Lossless - аудіо-формати зі стиском без втрат, до них відносяться:

• FLAC (Free Lossless Audio Codec)
• APE (Monkey's Audio)
• WV (WavPack)

Дані формати здатні перетворити CD на цифровий формат зі збереженням якості. Як приклад ви можете взяти CD, перетворити його на WAV, далі формат WAV у FLAC, потім назад із FLAC на WAV, після чого записати на чистий CD диск і у вас вийде абсолютно ідентична копія вашого вихідника.

У якому форматі музика звучить найбільш якісно

Найбільш популярним є lossless формат FLAC, а однією з найпоширеніших програм для перетворення CD у формат FLAC є EAC (Exact Audio Copy).

З усіх параметрів цифрового аудіонеобхідно звертати увагу насамперед на такі показники:

частота дискретизації (точність оцифрування аналогового сигналу за часом),
бітрейт (кількість інформації, що міститься у файлі, в перерахунку на секунду).

Частота дискретизації – це частота, з якою відбувається обробка цифрового аудіо. Найбільш поширена частота дискретизації у якісних аудіо форматах 44.1 кГц

Вважають, що високий бітрейт гарантує найкращу якість — це вірно, але тільки за умови якісного вихідного файлу. Якісний MP3 має бути з бітрейтом 320 kbps, а ось якісний формат FLAC зазвичай має бітрейт від 900 і вище за kbps.

Який найкращий формат музики за якістю

Крім самих форматів аудіо, для якісного звучання музики необхідна якісна апаратура для відтворення: колонки, підсилювачі, навушники. Іншими словами використовуючи настільні колонкидля пк та бюджетні навушники вам не вдасться повною мірою насолодитися якісним звуком та розкрити весь потенціал lossless форматів.

Не вдаючись глибоко в технічні подробиці, можна порадити такі формати:

Для домашнього прослуховування рекомендую на мою думку найкращий формат FLAC. Для аудіо плеєра гарним рішеннямбуде формат MP3 з бітрейтом не нижче 320 kbps. Особисто я використовую на всіх пристроях тільки формат FLAC, благо обсяги microSD картдозволяють зберігати достатній обсяг даних у програвачі.

Щодо апаратури для якісного відтворення музики, то раджу звернути увагу на наступні бренди:

Якщо бюджетна акустика вас не влаштовує і ви шанувальник якісного звучання (Hi-Fi або Hi-End) апаратури, то тут все у ваших руках і обмежене лише вашим бюджетом, рекомендації не даватиму.

Цілі:

освітні:

• Познайомитись із технологією двійкового кодуванняфайлів формату Wav
• Навчитися вирішувати завдання визначення обсягу звукового файлу формату WAV

Тимчасова дискретизація -процес, у якому, під час кодування безперервного звукового сигналу, звукова хвиля розбивається деякі маленькі тимчасові ділянки, причому кожної такої ділянки встановлюється певна величина амплітуди. Чим більше амплітуда сигналу, тим гучніший звук.

Глибина звуку (глибина кодування)кількість бітів на кодування звуку.

Рівні гучності (рівні сигналу)- звук може мати різні рівні гучності. Кількість різних рівнів гучності розраховуємо за формулою N= 2 I деI- Глибина звуку.

Частота дискретизації -кількість вимірювань рівня вхідного сигналу за одиницю часу (за 1 сек). Чим більша частота дискретизації, тим точніше процедура двійкового кодування. Частота вимірюється у герцах (Гц). 1 вимірювання за 1 секунду -1 ГЦ.

1000 вимірів за 1 секунду 1 кГц. Позначимо частоту дискретизації буквоюD. Для кодування вибирають одну із трьох частот:44,1 КГц, 22,05 КГц, 11,025 КГц.

Вважається, що діапазон частот, які чує людина, становить від 20 Гц до 20 кГц.

Якість двійкового кодування -величина, яка визначається глибиною кодування та частотою дискретизації.

Аудіоадаптер (звукова плата) -пристрій, що перетворює електричні коливання звукової частоти в числовий двійковий код при введенні звуку і назад (з числового коду електричні коливання) при відтворенні звуку.

Характеристики аудіоадаптера:частота дискретизації та розрядність регістру.).

Розрядність регістру -число біт у регістрі аудіоадаптера. Чим більша розрядність, тим менша похибка кожного окремого перетворення величини електричного струмудо числа і назад. Якщо розрядність дорівнює I, то при вимірюванні вхідного сигналу може бути отримано 2I = N різних значень.

Розмір цифрового моноаудіофайлу (A) вимірюється за формулою:

A= D* T* I/8 , деD - частота дискретизації (Гц),T- час звучання або запису звуку,Iрозрядність регістру (дозвіл). За цією формулою розмір вимірюється у байтах.

Розмір цифрового стереоаудіофайлу (A) вимірюється за формулою:

A=2* D* T* I/8 , сигнал записаний для двох колонок, оскільки роздільно кодуються лівий та правий канали звучання.

Учням корисно видати таблицю 1, що показує, скільки Мб займатиме закодована одна хвилина звукової інформаціїпри різній частоті дискретизації:

Алгоритм 1 (Обчислити інформаційний обсяг звукового файлу):

1) з'ясувати, скільки всього значень зчитується на згадку за час звучання файла;

2) з'ясувати розрядність коду (скільки біт у пам'яті займає кожне виміряне значення);

3) перемножити результати;

4) перевести результат у байти;

5) перевести результат у К байти;

6) перевести результат у М байти;

Алгоритм 2 (Визначити час звучання файлу.)

1) Інформаційний обсяг файлу перевести до К байти.

2) Інформаційний обсяг файлу перевести у байти.

3) Інформаційний обсяг файлу перевести на біти.

4) З'ясувати, скільки значень вимірювалося (Інформаційний обсяг у бітах поділити на розрядність коду).

5) Обчислити кількість секунд звучання. (Попередній результат поділити на частоту дискретизації.)

1. Розмір цифрового файлу

Рівень "3"

1. Визначити розмір (в байтах) цифрового аудіофайлу, час звучання якого становить 10 секунд при частоті дискретизації 22,05 кГц та роздільній здатності 8 біт. Файл стиску не піддається.

Рішення:

Формула для розрахунку розміру (У байтах)цифрового аудіо-файлу: A= D* T* I/8.

Для перекладу байти отриману величину треба розділити на 8 біт.

22,05 кГц = 22,05 * 1000 Гц = 22050 Гц

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

Відповідь: розмір файлу 220 500 байт.

2. Визначити обсяг пам'яті для зберігання цифрового аудіофайлу, час звучання якого становить дві хвилини при частоті дискретизації 44,1 кГц та роздільній здатності 16 біт.

Рішення:

A= D* T* I/8. - Об'єм пам'яті для зберігання цифрового аудіофайлу.

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

Відповідь: ≈ 10 Мб

Рівень "4"

3. У розпорядженні користувача є пам'ять об'ємом 2,6 Мб. Необхідно записати цифровий аудіофайл із тривалістю звучання 1 хвилина. Якою має бути частота дискретизації та розрядність?

Рішення:

Формула для розрахунку частоти дискретизації та розрядності: D* I =А/Т

(об'єм пам'яті в байтах): (час звучання в секундах):

2, 6 Мбайт = 2726297,6 байт

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

D=45438,3 байт: I

Розрядність адаптера може бути 8 чи 16 біт. (1 байт або 2 байти). Тому частота дискретизації може бути або 45438,3 Гц = 45,4 кГц? 44,1 кГц-Стандартна характерна частота дискретизації, або 22719,15 Гц = 22,7 кГц ≈ 22,05 кГц- стандартна характерна частота дискретизації

Відповідь:

4. Обсяг вільної пам'ятіна диску – 5,25 Мб, розрядність звукової плати – 16. Яка тривалість звучання цифрового аудіофайлу, записаного з частотою дискретизації 22,05 кГц?

Рішення:

Формула до розрахунку тривалості звучання: T=A/D/I

(Обсяг пам'яті в байтах) : (Частота дискретизації в Гц) : (Розрядність звукової плати в байтах):

5,25 Мбайт = 5505024 байт

5505024 байт: 22050 Гц: 2 байти = 124,8 сек
Відповідь: 124,8 секунди

5. Одна хвилина запису цифрового аудіофайлу займає на диску 1,3 Мб, розрядність звукової плати – 8. З якою частотою дискретизації записано звук?

Рішення:

Формула до розрахунку частоти дискретизації: D =А/Т/I

(об'єм пам'яті в байтах): (час запису в секундах): (розрядність звукової плати в байтах)

1,3 Мбайт = 1363148,8 байт

1363148,8 байт: 60: 1 = 22719,1 Гц

Відповідь: 22,05 кГц

6. Дві хвилини запису цифрового аудіофайлу займають на диску 5,1 Мб. Частота дискретизації - 22050 Гц. Яка розрядність аудіоадаптера?

Рішення:

Формула для розрахунку розрядності: (обсяг пам'яті в байтах): (час звучання в секундах): (частота дискретизації):

5, 1 Мбайт = 5347737,6 байт

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

Відповідь: 16 біт

7. Об'єм вільної пам'яті на диску – 0,01 Гб, розрядність звукової плати – 16. Яка тривалість звучання цифрового аудіофайлу, записаного з частотою дискретизації 44100 Гц?

Рішення:

Формула до розрахунку тривалості звучання T=A/D/I

(Обсяг пам'яті в байтах) : (Частота дискретизації в Гц) : (Розрядність звукової плати в байтах)

0,01 Гб = 10737418,24 байт

10737418,24 байт: 44100: 2 = 121,74 сек =2,03 хв
Відповідь: 20,3 хвилини

8. Оцініть інформаційний обсяг моноаудіофайлу тривалістю звучання 1 хв. якщо "глибина" кодування та частота дискретизації звукового сигналу рівні відповідно:
а) 16 біт та 8 кГц;
б) 16 біт та 24 кГц.

Рішення:

а).

16 біт х 8000 = 128000 біт = 16000 байт = 15,625 Кбайт/с

15,625 Кбайт/с х 60 с = 937,5 Кбайт

б).
1) Інформаційний обсяг звукового файлу тривалістю 1 секунду дорівнює:
16 біт х 24 000 = 384000 біт = 48000 байт = 46,875 Кбайт/с
2) Інформаційний обсяг звукового файлу тривалістю 1 хвилина дорівнює:
46,875 Кбайт/с х 60 с = 2812,5 Кбайт = 2,8 Мбайт

Відповідь: а) 937,5 Кбайт; б) 2,8 Мбайт

Рівень "5"

Використовується таблиця 1

9. Який обсяг пам'яті потрібен для зберігання цифрового аудіофайлу із записом звуку високої якостіза умови, що час звучання становить 3 хвилини?

Рішення:

Висока якість звучання досягається при частоті дискретизації 44,1КГц та розрядності аудіоадаптера, що дорівнює 16.
Формула для розрахунку об'єму пам'яті: (час запису в секундах) x (розрядність звукової плати в байтах) x (частота дискретизації):
180 с х 2 х 44100 Гц = 15876000 байт = 15,1 Мб
Відповідь: 15,1 Мб

10. Цифровий аудіофайл містить запис звуку низької якості (звук похмурий та приглушений). Якою є тривалість звучання файлу, якщо його обсяг становить 650 Кб?

Рішення:

Для похмурого та приглушеного звуку характерні такі параметри: частота дискретизації – 11, 025 КГц, розрядність аудіоадаптера – 8 біт (див. таблицю 1). Тоді T=A/D/I. Перекладемо обсяг у байти: 650 Кб = 665 600 байт

Т=665600 байт/11025 Гц/1 байт ≈60.4 с

Відповідь: тривалість звучання дорівнює 60,5 с

Рішення:

Інформаційний обсяг звукового файлу тривалістю 1 секунду дорівнює:
16 біт х 48 000 х 2 = 1 536 000 біт = 187,5 Кбайт (помножили на 2, оскільки стерео).

Інформаційний обсяг звукового файлу тривалістю 1 хвилина дорівнює:
187,5 Кбайт/с х 60 с ≈ 11 Мбайт

Відповідь: 11 Мб

Відповідь: а) 940 Кбайт; б) 2,8 Мбайт.

12. Розрахуйте час звучання моноаудіофайлу, якщо при 16-бітному кодуванні та частоті дискретизації 32 кГц його обсяг дорівнює:
а) 700 Кбайт;
б) 6300 Кбайт

Рішення:

а).
1) Інформаційний обсяг звукового файлу тривалістю 1 секунду дорівнює:


700 Кбайт: 62,5 Кбайт/с = 11,2 с

б).
1) Інформаційний обсяг звукового файлу тривалістю 1 секунду дорівнює:
16 біт х 32 000 = 512000 біт = 64000 байт = 62,5 Кбайт/с
2) Час звучання моноаудіофайлу об'ємом 700 Кбайт дорівнює:
6300 Кбайт: 62,5 Кбайт/с = 100,8 с = 1,68 хв

Відповідь: а) 10 сек; б) 1,5 хв.

13. Обчислити скільки байт інформації займає на компакт-диску одна секунда стереозапису (частота 44032 Гц, 16 біт на значення). Скільки триває одна хвилина? Яка максимальна ємність диска (вважаючи максимальну тривалість 80 хвилин)?

Рішення:

Формула для розрахунку обсягу пам'яті A= D* T* I:
(Час запису в секундах) * (Розрядність звукової плати в байтах) * (Частота дискретизації). 16 біт -2 байти.
1) 1с х 2 х 44032 Гц = 88064 байт (1 секунда стереозапису на компакт-диску)
2) 60с х 2 х 44032 Гц = 5283840 байт (1 хвилина стереозапису на компакт-диску)
3) 4800с х 2 х 44032 Гц = 422707200 байт = 412800 Кбайт = 403,125 Мбайт (80 хвилин)

Відповідь: 88064 байт (1 секунда), 5283840 байт (1 хвилина), 403,125 Мбайт (80 хвилин)

2. Визначення якості звуку.

Для визначення якості звуку треба знайти частоту дискретизації та скористатися таблицею №1

256 (28) рівнів інтенсивності сигналу -якість звучання радіотрансляції, використанням 65536 (216) рівнів інтенсивності сигналу - якість звучання аудіо-CD. Найякісніша частота відповідає музиці, записаній на компакт-диску. Розмір аналогового сигналу вимірюється у разі 44 100 разів на секунду.

Рівень "5"

13. Визначте якість звуку (якість радіотрансляції, середня якість, якість аудіо-CD), якщо відомо, що об'єм моноаудіофайлу тривалістю звучання в 10 сек. дорівнює:
а) 940 Кбайт;
б) 157 Кбайт.

(Стор. 76, №2.83)

Рішення:

а).
1) 940 Кбайт = 962560 байт = 7700480 біт
2) 7700480 біт: 10 сек = 770048 біт/с
3) 770048 біт/с: 16 біт = 48128 Гц-частота дискретизації - близька до найвищої 44,1 КГц
Відповідь: якість аудіо-CD

б).
1) 157 Кбайт = 160768 байт = 1286144 біт
2) 1286144 біт: 10 сек = 128614,4 біт/с
3) 128614,4 біт/с: 16 біт = 8038,4 Гц
Відповідь: якість радіотрансляції

Відповідь: а) якість CD; б) якість радіотрансляції.

14. Визначте тривалість звукового файлу, який вміститься на гнучкій дискеті 3,5”. Врахуйте, що для зберігання даних на такій дискеті виділяється 2847 секторів обсягом 512 байт.
а) при низькій якості звуку: моно, 8 біт, 8 кГц;
б) за високої якості звуку: стерео, 16 біт, 48 кГц.

(Стор. 77, №2.85)

Рішення:

а).



8 біт х 8 000 = 64 000 біт = 8000 байт = 7,8 Кбайт/с
3) Час звучання моноаудіофайлу об'ємом 1423,5 Кбайт дорівнює:
1423,5 Кбайт: 7,8 Кбайт/с = 182,5 с ≈ 3 хв

б).
1) Інформаційний обсяг дискети дорівнює:
2847 секторів х 512 байт = 1457664 байт = 1423,5 Кбайт
2) Інформаційний обсяг звукового файлу тривалістю 1 секунду дорівнює:
16 біт х 48 000 х 2= 1 536 000 біт = 192 000 байт = 187,5 Кбайт/с
3) Час звучання стереоаудіофайлу об'ємом 1423,5 Кбайт дорівнює:
1423,5 Кбайт: 187,5 Кбайт/с = 7,6 с

Відповідь: а) 3 хвилини; б) 7,6 секунд.

3. Двійкове кодування звуку.

Під час вирішення завдань користується наступним теоретичним матеріалом:

Для того, щоб кодувати звук, аналоговий сигнал, зображений на малюнку,

площина розбивається на вертикальні та горизонтальні лінії. Вертикальне розбиття - це дискретизація аналогового сигналу (частота вимірювання сигналу), горизонтальне розбиття - квантуванняза рівнем. Тобто. чим дрібніша сітка - тим якісніше наближений аналоговий звук за допомогою цифр. Восьмибітне квантування застосовується для оцифровки звичайної мови ( телефонної розмови) та радіопередач на коротких хвилях. Шістнадцятибітне - для оцифрування музики та УКХ (ультро-коротко-хвильові) радіопередач.

Рівень "3"

15. Аналоговий звуковий сигнал дискретизувався спочатку з використанням 256 рівнів інтенсивності сигналу (якість звучання радіотрансляції), а потім з використанням 65536 рівнів інтенсивності сигналу (якість звучання аудіо-CD). Скільки разів різняться інформаційні обсяги оцифрованого звуку? (Стор. 77, №2.86)

Рішення:

Довжина коду аналогового сигналу з використанням 256 рівнів інтенсивності сигналу дорівнює 8 біт, з використанням 65536 рівнів інтенсивності сигналу дорівнює 16 біт. Оскільки довжина коду одного сигналу збільшилася вдвічі, інформаційні обсяги оцифрованого звуку різняться вдвічі.

Відповідь: у 2 рази.

Рівень «4»

16. Згідно з теоремою Найквіста-Котельникова, для того щоб аналоговий сигнал можна було точно відновити за його дискретним поданням (за його відліками), частота дискретизації повинна бути як мінімум удвічі більша за максимальну звукову частоту цього сигналу.

• Якою має бути частота дискретизації звуку, сприйманого людиною?
• Що має бути більше: частота дискретизації мови чи частота дискретизації звучання симфонічного оркестру?

Мета: познайомити учнів з характеристиками апаратних та програмних засобів роботи зі звуком. Види діяльності: залучення знань із курсу фізики (або робота з довідниками). (, Стор. ??, Завдання 2)

Рішення:

Вважається, що діапазон частот, які людина чує, становить від 20 Гц до 20 кГц. Таким чином, за теоремою Найквіста-Котельникова, щоб аналоговий сигнал можна було точно відновити за його дискретним поданням (за його відліками), частота дискретизації повинна бути як мінімум удвічі більшою за максимальну звукову частоту цього сигналу. Максимальна звукова частота, яку чує людина -20 КГц, означає апаратура і програмні засобиповинні забезпечувати частоту дискретизації щонайменше 40 кГц, а точніше 44,1 КГц. Комп'ютерна обробка звучання симфонічного оркестру передбачає більше високу частотудискретизації, ніж обробка мови, оскільки діапазон частот у разі симфонічного оркестру значно більший.

Відповідь: не менше 40 кГц, частота дискретизації симфонічного оркестру більша.

Рівень»5»

17. На малюнку зображено зафіксоване самописцем звучання 1 секунди мови. Закодуйте його в двійковому цифровому коді з частотою 10 Гц і довжиною 3 біта коду. (, Стор. ??, Завдання 1)

Рішення:

Кодування з частотою 10 Гц означає, що ми маємо виміряти висоту звуку 10 разів на секунду. Виберемо рівновіддалені моменти часу:

Довжина коду 3 біта означає 2 3 = 8 рівнів квантування. Тобто як числовий код висоти звуку в кожен вибраний момент часу ми можемо задати одну з наступних комбінацій: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Їх всього 8, отже, висоту звуку можна вимірювати на 8 рівнях»:

«Округлюватимемо» значення висоти звуку до найближчого нижнього рівня:

Використовуючи даний спосібкодування, ми отримаємо наступний результат (прогалини поставлені для зручності сприйняття): 100100000011111010011100010110.

Примітка.Доцільно звернути увагу учнів те що, наскільки неточно код передає зміна амплітуди. Тобто частота дискретизації 10 Гц і рівень квантування 23 (3 біта) занадто малі. Зазвичай для звуку (голосу) вибирають частоту дискретизації 8 кГц, тобто 8000 разів на секунду, рівень квантування 2 8 (код довжиною 8 біт).

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

18. Поясніть, чому рівень квантування відноситься, поряд із частотою дискретизації, до основних характеристик уявлення звуку в комп'ютері. Цілі:закріпити розуміння учнями понять «точність подання даних», «похибка виміру», «похибка подання»; повторити з учнями двійкове кодування та довжину коду. Вид діяльності: робота з визначеннями понять. (, Стор. ??, Завдання 3)

Рішення:

У геометрії, фізиці, техніці є поняття "точність виміру", тісно пов'язане з поняттям "похибка виміру". Але є ще й поняття "точність уявлення".Наприклад, про зростання людини можна сказати, що вона: а) близько. 2 м; б) трохи більше 1,7 м; в) дорівнює 1 м 72 см; г) дорівнює 1 м 71 см 8 мм. Тобто для позначення виміряного зростання можна використовувати 1, 2, 3 чи 4 цифри.
Так само і для двійкового кодування. Якщо для запису висоти звуку в конкретний момент часу використовувати тільки 2 біти, то, навіть якщо виміри були точні, можна передати тільки 4 рівні: низький (00), нижче середнього (01), вище середнього (10), високий (11). Якщо використовувати 1 байт, можна передати 256 рівнів. Чим вищий рівень квантування, або, що те саме, ніж більше бітів приділяється запису виміряного значення, тим точніше передається це значення.

Примітка.Слід зазначити, що вимірювальний інструмент теж повинен підтримувати обраний рівень квантування (довжину, виміряну лінійкою з дециметровими поділками, немає сенсу уявляти з точністю до міліметра).

Мій дідусь слухав грамофон. Молодість батька пройшла під музику, яка долинала з динаміка котушкового магнітофона. На мою молодість припав розквіт і захід сонця касетних магнітофонів. Мій син росте в епоху цифрового звуку. Щоб не відставати від часу, і забезпечити сина хорошим звуком, вирішив розібратися, від чого залежить якість відтворення цифрового аудіо сигналу.

Поспілкувався із друзями меломанами. Здійснив інформаційний пошук в Інтернеті. У результаті дійшов висновку, що якісного звучання в цифрову еру можна досягти, якщо правильно вибрати 7 основних елементів сучасних музичних центрів:

• формат, у якому записано музику;
• програвач;
• цифро-аналоговий перетворювач;
• підсилювач;
• акустику;
• кабелі;
• живлення.

Поділюся нижче своїми спостереженнями та висновками щодо досягнення якісного звучання записів у цифрових форматах.

Ліричний відступ експертам можна не читати.

У двох словах поясню, звідки береться звук у цифровому форматі. У процесі звукозапису мікрофон перетворює механічні коливання(Власне звук) в аналоговий електричний сигнал. Аналоговий сигнал насправді схожий на синусоїду, яка всім нам знайома з часів середньої школи. У період аналогового звуку саме цей сигнал записувався на різні носії і потім відтворювався.

З розвитком мікропроцесорної техніки з'явилася можливість записувати та зберігати аудіоінформацію у цифрових форматах. Отримують ці формати за допомогою аналого-цифрового перетворення (АЦП).

У ході АЦП аналоговий сигнал (нашу синусоїду із середньої школи) перетворять на дискретний (простіше кажучи, розрізають на частини). Наступного етапу дискретний сигнал квантують, тобто. кожному відрізку, що вийшов, синусоїди зіставляють цифрове значення. На етапі квантований сигнал оцифровують, тобто. кодують у вигляді послідовності 0 і 1. Стосовно цифрового звукозапису оцифровці піддаються відомості про амплітуд і частоту звуку.

Для запису та зберігання цифрової аудіоінформації застосовують цифрові аудіоформати. Під аудіоформатом розуміють набір вимог щодо подання звукових даних у цифровому вигляді.

При міркуванні якості звучання цифрові формати ділять на 3 категорії:

• Формати без додаткового стискування (CDDA, DSD, WAV, AIFF та ін.);
• Формати, стислі без втрати якості (FLAC, WavPack, ADX та ін.);
• Формати, в яких застосовано стиск із втратами (MP3, AAC, RealAudio та ін.).

Звук високої якості виходить під час відтворення музики, збереженої у форматах з першої та другої категорій. У форматах третьої категорії, зменшення обсягу даних, навмисно виключають частину інформації. Наприклад, інформацію про приховані частоти.

Прихованими називають частоти, що лежать поза діапазону сприйняття середньостатистичної людини: 20 Гц – 22 кГц. Для аудіофілів цей діапазон через індивідуальні психофізіологічні особливості буває ширшим.

Для комплектації домашньої аудіотеки слід вибирати записи, збережені у файлах з розширеннями:

• *.wav, *.dff, *.dsf, *.aif, *.aiff – це файли зі звуком без стиснення;
• *.mp4, *.flac, *.ape, *.wma – це найпоширеніші файли зі звуком, стислим без втрат.

З історії. Кажуть, що перші досліди зі збереження звуку проводили ще давні греки. Вони намагалися зберегти звук у амфорах. Виглядало це приблизно так: у амфору вимовляли слова і швидко її закупорювали. На жаль, жодного такого запису не дійшло до наших днів.

Вибір програвача потрібно починати з розуміння, як формуватиметься домашня аудіотека. Можна по-старому купувати компакт-диски або перейти до придбання улюбленої музики через Інтернет. Останній варіант має дві вагомі переваги. Він компактний та екологічний:

• Не постає питання про місце в квартирі для зберігання компакт-дисків.
• Не потрібно викидати несправні диски у сміття.

Визначились, як купувати музику? Чудово! Якщо купуватимете диски – Вам потрібен програвач компакт-дисків. Якщо віддаєте перевагу покупкам через Інтернет – шукайте програвач на жорсткому диску або флешпам'яті. Чи не визначилися? Чудово! Шукайте універсальний плеєр. На такому можна і диски, і файли, куплені через мережу, послухати.

Звичайно, можна перетворити на програвач і персональний комп'ютер. Але цей варіант зручний тоді, коли комп'ютер справді персональний. Перспектива конкуренції за місце біля клавіатури та можливі конфлікти суттєво знизять задоволення від прослуховування музики у високій якості.

При виборі програвача зверніть увагу на доступні роз'єми. Чим більше варіантів роз'ємів, тим простіше вибрати інші елементи музичного центру.

Програвач прочитав цифрову послідовність з компакт-диска або файлу. Тепер настає найматематичніший момент відтворення цифрового звуку. Цифровий сигналперетворюється на аналоговий. Відбувається ця математика в ЦАП або цифро-аналоговому перетворювачі.

ЦАП може бути вбудований у плеєр або реалізований у вигляді окремого блоку. Маючи на меті отримати звук високої якості, потрібно зупинити свій вибір на другому варіанті. Вбудований перетворювач зазвичай поступається окремому за якістю. Зовнішній ЦАП має власний блок живлення, вбудований від загального з програвачем джерела. При використанні зовнішнього ЦАП з його роботи майже впливають перешкоди від програвача і підсилювача.

Зовнішній ЦАП із схемотехнічних рішень реалізують у 4-х основних варіантах:

• Широтно-імпульсний модулятор;
• Схема передискретизації;
• Зважувального типу;
• Сходового типу або ланцюгова R-2R схема.

При такому багатстві вибору досягнення звучання високої якості варіант R-2R виявляється безальтернативним. За рахунок спеціальної схеми, реалізованої на прецизійних опорах, ЦАП сходового типу вдається досягти дуже високої точності перетворення.

При виборі зовнішнього цифро-аналогового перетворювача слід звернути увагу до дві основні характеристики:

• Розрядність. Добре, якщо у вибраної моделі вона дорівнює 24 бітам.
• Максимальна частота дискретизації. Дуже гарне значення 96 кГц, чудове 192 кГц.

Для досягнення якісного звучання разом із акустичною системою потрібно купувати підсилювач. Насправді ці два елементи аудіоцентру працюють як одне ціле.

Трохи теорії. Підсилювач – це прилад, який призначений для підвищення потужності аналогових сигналів звукової частоти. Він дозволяє узгодити сигнал, отриманий із ЦАП, з можливостями акустики. За типом силових елементів підсилювачі потужності поділяють на лампові та транзисторні. У кожній групі присутні прилади зі зворотним зв'язком та без зворотнього зв'язку. Введення зворотного зв'язку спрямоване на виправлення спотворень, які вносить у сигнал, що підсилюється сам підсилювач. Однак при отриманні звуку без спотворень доводиться упокоритися з втратою частини динамічного діапазону звуку.

З погляду підбору тандему «акустика – підсилювач» важлива класифікація останнього на кшталт характеристики силового елемента. Існують підсилювачі з тріодною та пентодною характеристикою. Пентодні підсилювачі бувають у ламповому та транзисторному виконанні. Вони підходять для поличкових або простих акустичних підлогових систем. Для чутливої ​​акустики підлоги з діапазоном від 90 дБ краще підбирати підсилювачі з тріодною характеристикою.

Ще до покупки потрібно постаратися досягти ідеального балансу між можливостями підсилювача та акустики. Найкраще прямо в магазині попросити консультантів поганяти обрану акустичну систему разом із різними підсилювачами. Вибрати потрібно той комплект, який більше сподобався Вашому юшку.

Що таке хороша акустична система – це найзаплутаніше питання. Вибір акустики залежить від індивідуальних особливостей слуху людини, параметрів приміщення, в якому буде розміщена система, та фінансових можливостей. У цій системі із трьома змінними знайти золоту середину дуже непросто. Тому розглянемо три важливі варіанти вирішення завдання.

Рішення перше. Бюджетне. Можна оснастити домашній аудіоцентр "поличними" акустичними системами. Ці невеликі за розміром системи можна розмістити на книжковій полиці. Вони зручні для невеликого приміщення. У силу малих розмірів це ще й недорогий варіант. Істотний мінус такого рішення полягає в тому, що "полична" акустика не дасть нормального звучання басів.

Рішення друге. Розкішне. Якщо дозволяють габарити приміщення та фінансові можливості, то можна купити акустику для підлоги. Ця система завдяки розмірам може містити низькочастотний динамік великого діаметру. Отже, є шанси насолодитися добрими басами.

Рішення третє. "Золотий" компроміс. Це рішення підійдедля великих і маленьких приміщень та прийнятно за ціною. Складається воно у придбанні сабвуфера та сателітів. Сабвуфер відповідає за якісне відтворення басів. На стеллітах відбувається відтворення високих частот.

При виборі акустики не варто дотримуватися жодних порад. Потрібно спиратися лише на власний слух. Ще потрібно бути готовим до того, що звучання акустики в магазині та у вашій квартирі буде різним.

Вибір з'єднувальних провідників – це питання, яке неминуче доведеться вирішувати задля досягнення якісного звуку. Про вплив кабелю на звучання написано багато статей. Єдине, у чому автори досягли єдності, це у вимогі до довжини кабелю. Чим коротше, тим краще – ось золоте правило вибору кабелів.

Трохи теорії. Кабелі поділяють на міжблочні та акустичні. Міжблокові служать для з'єднання блоків аудіоцентру, наприклад, програвача і ЦАП. Акустичними кабелями здійснюється підключення акустичної системидо підсилювача потужності.

За типом матеріалу провідника кабелі поділяють на OFC, OCC та композитні. OFC – це кабелі із безкисневої міді, отримані методом протягування. OCC – це кабелі із монокристалічної міді, отриманої безпосередньо з розплаву. Композитні – це кабелі, у яких провідник складається з кількох матеріалів.

Якщо ви поставили за мету створити ідеальний аудіоцентр із блоків різних виробників, спробуйте використовувати мінімальні за довжиною з'єднувальні кабелі. І будьте готові експериментувати задля досягнення ідеальної якості звучання.

Нарешті, наш домашній комплекс для якісного відтворення музики в цифровому форматі зібраний. Тепер залишилася справжня дрібниця. Для гарної апаратури потрібне якісне електроживлення. Якщо найдорожчі «брендові» підсилювачі, ЦАП, програвачі спільної мережі, то ні про яке якісному звукумови бути не може. Забруднена перешкодами напруга вб'є всі зусилля щодо підбору та купівлі якісних блоків для аудіоцентру.

Організуйте живлення кожного блоку окремим кабелем. Кабелі необхідно підключити безпосередньо до розподільного щитка на введенні в житло. Розетки для підключення повинні забезпечувати високий рівень фіксації штепселя. Розумно використовувати мережевий фільтр, він зробить живлення, а отже, і звучання чистішим.