Конспект урока информатики с презентацией. Тема: Звук. Двоичное кодирование звуковой информации

Тема: Звук. Двоичное кодирование звуковой информации

Дата:

Цели урока:

- ознакомление учащихся со звуковой информацией, способами кодирования звуковой информации в компьютере

- развитие логического мышления, умения анализировать и обобщать;

- воспитание эстетического вкуса.

Тип учебного занятия: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний и способов деятельности.

Форма проведения: интегрированный урок.

Оборудование: ПК, мультимедийный проектор, презентация, карточки – задания.

Ход урока

Организационный этап.

Учитель: Здравствуйте, ребята! Садитесь. Сегодня мы продолжим изучение темы «Информационные технологии». А для начала давайте вспомним тему «Кодирование информации».

Какие виды информации мы с вами изучили? (числовую, текстовую, графическую)

Как вы думаете, о каком виде информации речь пойдет на этом уроке? (Звуковой).

Молодцы. Конечно, речь пойдет о звуковой информации.

Давайте поставим цели нашей с вами работы сегодня. (ребята предлагают цели урока).

Но прежде, чем мы приступим к изучению новой темы. Давайте вспомним основные положения кодирования. Проведем разминку.

Вопросы:

Что такое информация?

Что значит закодировать информацию?

Наименьшая единица информации.

Чему равно количество информации, уменьшающее неопределенность знаний в 4 раза?

Что называют мощностью алфавита?

Какое количество информации несет один символ алфавита мощность которого 256 символа? По какой формуле вы рассчитали?

Что надо сделать, чтобы закодировать графическую информацию?

Что называют глубиной цвета?

Из каких символов состоит машинный (компьютерный) алфавит?

Сколько вопросов и какие надо задать, чтобы угадать число, загаданное в интервале от 12 до 44?

Учитель. Молодцы!

Поверка выполнения домашнего задания: устные ответы обучающихся

Учитель. Итак, тема нашего урока Звук. Кодирование звуковой информации

Вы знаете, что знание физики необходимо при изучении такой науки, как информатика. И сегодня мы почерпнем сведения из физики.

Этап усвоения новых знаний и способов деятельности (12 мин)

Презентация Представление звуковой информации в компьютере.

С начала 9О-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию.

С помощью специальных программных средств (редакторов звукозаписей) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания речи и, в результате, появляется возможность управления компьютером при помощи голоса.

А что же такое звук?

Упругие волны в воздухе с частотой от 16 до 20000 Гц вызывают у человека звуковые ощущения. Волны с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуковыми, а с частотой больше 20000 Гц - ультразвуковыми.

Скорость распространения звука зависит от упругих свойств среды, ее плотности и температуры. Скорость звука не зависит от частоты.

По принятой классификации звук подразделяют на музыкальные звуки (тоны) и шумы.

Музыкальный звук это сложное колебание. Любое сложное колебание можно разложить на ряд гармонических колебаний, частоты которых в целое число раз больше частоты основного тона. Акустическим спектром называется разложение сложного звука на гармонические колебания с учетом их амплитуды и частоты. Акустический спектр музыкального звука является линейчатым. Шумы вызываются апериодическими колебаниями. Их спектр сплошной. Физически высоту тона определяет частота. Чем она больше, тем выше тон. Тембр зависит от формы сложного колебания и его гармонического спектра.

Громкость есть функция двух переменных: силы звука и чувствительности уха. Сила звука это интенсивность, измеряемая в Вт/м2.

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.

Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени А(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность “ступенек”. (показ рисунка)

Каждой “ступеньке” присваивается значение уровня громкости звука, его код (1, 2, 3 и т.д.). Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний, соответственно, чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирование звука. Количество различных уровней сигнала или состояний при данном кодировании можно рассчитать по формуле

N=2I =216=65536

Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.

При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, т.е. частоты дискретизации.

Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования.

Качество звукового сигнала определяется “глубиной” и частотой дискретизации.

Количество изменений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48000, т.е. частота дискретизации аналогово звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц.

Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью 1 секунда при высоком качестве звука 16 бит, 48 кГц. Для этого количество бит на одну выборку необходимо умножить на количество выборок в 1 с и умножить на 2.

16 бит*48000 Гц*2=1536000 бит=192000 байт=187,5 кбайт.

Записать:

Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации

Глубина кодирования – количество бит, отводимых для кодирования уровня громкости (амплитуды) звукового сигнала

Частота дискретизации - количество измерений уровня сигнала в единицу времени.

Этап обобщения и первичного закрепления полученных знаний

Ответьте на вопросы:

Волны какой частоты вызывают у человека звуковые ощущения?

От чего зависит громкость звука?

От чего зависит высота тона?

Что значит закодировать звуковую информацию?

От чего зависит качество кодирования звуковой информации?

Этап контроля и самоконтроля, коррекции

Учитель. А теперь поработаем в группах. Разделитесь на 2 группы. (ребята пересаживаются). Для самостоятельного решения я вам предложу 2 задачи.

Класс делится на группы. Каждая группа получает задание.

1 группа

1. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 20 с, если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 кГц;

2. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 700 Кбайт;

2 группа

1. Определите качество звука (качество радиотрансляции, среднее качество, качество аудио-CD) если известно, что объем стериоаудиофайла длительностью звучания в 10 сек. Равен 940 Кбайт;

2. Оцените информационный объем стериоаудиофайла длительностью звучания 30 с, если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 кГц;

После выполнения задания учитель проверяет решение задач.

Информация о домашнем задании, инструктаж по его выполнению.

Тема урока: Звук. Кодирование звука.

Цель урока:

• Закрепить раннее полученные знания
• Изучить способ кодирования звуковой информации с помощью компьютера
• Научиться записывать звуковой файл на компьютере

• Что такое информация?
• Процессы, связанные с хранением, передачей и обработкой информации называются …
• Наименьшая единица информации.
• Чему равно количество информации, уменьшающее неопределенность знаний в 4 раза?
• Сколько вопросов надо задать, чтобы угадать число, загаданное в интервале от 12 до 44?
• Что значит закодировать информацию?

• Что называют мощностью алфавита?
• Из каких символов состоит машинный (компьютерный) алфавит?
• Какое количество информации несет один символ алфавита мощность которого 256 символа?
• Что надо сделать, чтобы закодировать графическую информацию?
• Что называют глубиной цвета?

Звук. Кодирование звука.

Раздел физики занимающийся изучением звуковых явлений называется акустикой.

Явления связанные с возникновением и распространением звуковых волн, называются акустическими явлениями.

Звук. Кодирование звука.

• Упругие волны в воздухе с частотой от 16 до 20000 Гц вызывают у человека звуковые ощущения. Волны с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуковыми , а с частотой больше 20000 Гц - ультразвуковыми .
• Скорость распространения звука зависит от упругих свойств среды, ее плотности и температуры. В нормальных условиях скорость звука равна 331 м/с. Скорость звука не зависит от частоты.
• По принятой классификации звук подразделяют на музыкальные звуки(тоны) и шумы.

Звук. Кодирование звука .

Сила воздействия звуковой волны на барабанную

перепонку человеческого уха зависит от звукового

давления.

Нижняя граница ощущения звука человеческим ухом

соответствует звуковому давлению 0,00001 Па.

верхняя граница 100 Па.

Громкость звука определяется амплитудой

изменения звукового давления.

Высота звука определяется частотой колебаний.

Звуковые колебания, не подчиняющиеся

гармоническому закону, воспринимаются человеком

как сложный звук, обладающий тембром.

Звук. Кодирование звука.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать

звук, непрерывный звуковой сигнал должен

быть превращен в последовательность

электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).

Непрерывная звуковая волна разбивается

на отдельные маленькие временные участки,

причем для каждого такого участка

устанавливается определенная величина амплитуды.

Звук. Кодирование звука.

Непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени А( t ) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости.

Звук. Кодирование звука.

Звуковая карта обеспечивают 16-битную глубину кодирование звука. Количество различных уровней сигнала или состояний при данном кодировании можно рассчитать по формуле

Звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается

16-битный код.

Звук. Кодирование звука

При двоичном кодировании непрерывного

звукового сигнала он заменяется

последовательностью дискретных уровней

сигнала.

Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, т.е. частоты дискретизации .

Качество звукового сигнала определяется «глубиной» и частотой дискретизации.

Звук. Кодирование звука

• Глубина кодирования – количество бит, отводимых для кодирования уровня

громкости (амплитуды) звукового

сигнала.

• Частота дискретизации – количество изменений уровня сигнала в единицу времени

Звук. Кодирование звука

Количество изменений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48000 , т.е. частота дискретизации аналогово звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц.

Звук. Кодирование звука

Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью

1 секунда при высоком качестве звука

16 бит, 48 кГц.

Для этого количество бит на одну выборку необходимо умножить на количество выборок в 1 с и умножить на 2.

16 бит*48000 Гц*2=1536000 бит =

=192000 байт=187,5 кбайт.