Презентация к урок по информатике по теме "Кодирование звуковой информации" в 7 классе

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

Названа в честь Александра Грэхема Белла, изобретателя телефона.

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

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

sound_high_low.swf

sound_quiet_aloud.swf

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

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

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

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

Звуковые колебания

20 Гц

20 000 Гц

Свойства :

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

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

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

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

3

Источник звука

Уровень (дБ)

Спокойное дыхание

Шёпот

Не воспринимается

Шелест листьев

10

17

Перелистывание газет

20

Обычный шум в доме

40

Прибой на берегу

40

Разговор средней громкости

50

Громкий разговор

Работающий пылесос

70

80

Поезд в метро

80

Концерт рок-музыки

100

Раскат грома

110

Реактивный двигатель

110

Выстрел из орудия

120

Болевой порог

120

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

Волны какой частоты вызывают у человека звуковые ощущения?

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

Кодирование  — это процесс преобразования информации из одной формы в другую, более удобную для передачи, хранения или обработки.

Рис. 9. Томас Эдисон (1847–1931 гг.)

Рис. 10. Томас Эдисон и его фонограф

Рис. 11. Принцип работы фонографа Эдисона в режиме воспроизведения звука

Рис. 12. Игла патефона и виниловая пластинка

Рис. 13. Виниловая пластинка под микроскопом

Рис. 14. Катушечный магнитофон

Рис. 15. Телефонный аппарат проводной связи

Рис. 16. Упрощённый принцип работы телефона

Рис. 17. Компакт-диск и участки его поверхности

Аналоговый

Дискретный

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

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

Виниловая пластинка (звуковая дорожка изменяет свою форму непрерывно)

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

Для оцифровки звука используются специальные устройства: аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП).

Для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель, его нужно преобразовать в электрический сигнал.

Это делается с помощью микрофона. Микрофоны имеют мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн. К мембране присоединена катушка, перемещающаяся синхронно с мембраной в магнитном поле. В катушке возникает переменный электрический ток.

Аналого-цифровой преобразователь (АЦП, англ. Analog-to-digital converter, ADC) — устройство, преобразующее входной аналоговый сигнал в дискретный код (цифровой сигнал). Обратное преобразование осуществляется при помощи ЦАП ( цифро-аналогового преобразователя , DAC).

Аудиоадаптер (звуковая плата) - устройство, преобразующее электрические колебания звуковой частоты в числовой двоичный код и наоборот.

ЧАСТОТА ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЗВУКА –

это количество измерений громкости звука

за одну секунду.

1 Гц = 1/с

1 кГц = 1000 /с

Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую диалогового сигнала.

1 Гц означает одно исполнение такого процесса за одну секунду: 1 Гц= 1/с.

Частота дискретизации звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц.

Сэмплрэйт (samplerate) - частота дискретизации (или частота сэмплирования) - частота взятия отсчетов непрерывного во времени сигнала при его дискретизации (в частности, аналого-цифровым преобразователем - АЦП).

sound_frequency.swf

Промежуток времени между двумя измерениями называется  периодом дискретизации .

ГЛУБИНА ДИСКРЕТИЗАЦИИ ЗВУКА ( I ) –

это количество информации, которое необходимо

для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

N – количество уровней громкости

I – глубина кодирования

N = 2 I = 2 16 = 65 536

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2 i

I = i * v * t * k

I - объем звукового файла, (бит)

i - глубина кодирования звука (бит),

v - частота дискретизации звука (Гц),

t - длительность звучания файла (секунды),

k - количество каналов звучания

(режим моно k = 1, стерео k = 2)

Параметр

Глубина кодирования

Телефонная связь

Среднее качество

Частота дискретизации

8 бит

8 бит или 16 бит

Звучание CD -диска

до 8 кГц

8-48 кГц

16 бит

до 48 кГц

Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.

Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно").

Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").

8 000 Гц — телефон, достаточно для речи, кодек Nellymoser;

22 050 Гц — радио;

44 100 Гц — используется в Audio CD;

48 000 Гц — DVD, DAT.

96 000 Гц — DVD-Audio (MLP 5.1)

192 000 Гц — DVD-Audio (MLP 2.0)

2 822 400 Гц — SACD Super audio CD 5.1 — (максимальная на 2008)

Чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.

Редактирование звука - это любое это преобразование.

• Очистка от шумов
• Разделение стерео-записи на два различных файла:
• Микширование звука
• Наложение эффектов

http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/1a7043e8-1a9b-433b-826d-7af581a72675/svyk_redakt.htm

• Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования.
• Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием МР3.
• При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются "избыточные" для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью. Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде).

WAVE (.wav) - наиболее широко распространенный формат. Используется в ОС Windows для хранения звуковых файлов.

MPEG-3 (.mp3) - наиболее популярный на сегодняшний день формат звуковых файлов.

MIDI (.mid ) - содержат не сам звук, а только команды для воспроизведения звука. Звук синтезируется с помощью FM- или WT-синтеза.

Real Audio (.ra, .ram ) - разработан для воспроизведения звука в Internet в режиме реального времени.

MOD (.mod) - музыкальный формат, в нем хранятся образцы оцифрованного звука, которые можно затем использовать как шаблоны для индивидуальных нот.

Задачи:

Задача №1 . Подсчитать объем файла с 10 минутной речью записанного с частотой дискретизации 11025 Гц и разрядностью кода (глубина звука/размер аудио образца) 4 бита на 1 измерение

- Что нам нужно вычислить в данной задаче?

- Информационный объем звукового файла

- Как мы можем его найти? по формуле: I = v * t * i * k

Нам нужно перевести единицы измерения, минуты в секунды: 10 мин=600 секунд

Дано:

• t = 10мин,
• v = 11025 Гц
• i = 4бита
• Найти:
• I – ?

Решение:

• I = v * t * i * k = 11025 Гц * 600сек * 4 бита * 1 = 26460000 (бит) = 3307500 (байт) = 3229, 98 (Кб) = 3,15 (Мб)
• Ответ: 3,15 (Мб)