Почему 32 разрядная звуковая карта точнее кодирует и воспроизводит звук чем 16 разрядная
N = 2 I = 2 16 = 65536, где I — глубина звука.
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, то есть частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации тем точнее процедура двоичного кодирования.
Звуковой файл - файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме.
Повторяем единицы измерения информации
1 Кбайт = 2 10 байт=1024 байт
1 Мбайт = 2 10 Кбайт=1024 Кбайт
1 Гбайт = 2 10 Мбайт=1024 Мбайт
1 Тбайт = 2 10 Гбайт=1024 Гбайт
1 Пбайт = 2 10 Тбайт=1024 Тбайт
3. Закрепить изученный материал, просмотрев презентацию, учебник [1]
Решение задач
Учебник [1], показ решения на презентации.
Задача 1. Определить информационный объем стерео аудио файла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука(16 битов, 48 кГц).
Запись условия T=1 сек I=16 бит H= 48 кГц Стерео - ×2 V=? | Решение V= T ×I × H × 2 V=1 ×16 × 48 000 × 2= 1536000 бит/8 =192000 байт/1024 = 187,5 Кбайт |
Задача (самостоятельно). Учебник [1], показ решения на презентации.
Определить информационный объем цифрового аудио файла длительностью звучания которого составляет 10 секунда при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 битов.
Запись условия T=10 сек I=8 бит H= 22,05 кГц Моно- ×1 V=? | Решение V= T ×I × H × 1 V=10 ×8 × 22,05 × 1= 10 × 8 × 22 050 бит/8 = 220500 байт/1024 = 215,332/1024 Кбайт = 0,21 Мбайт |
Закрепление. Решение задач дома, самостоятельно на следующем уроке
Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 битов.
Запись условия T=2 мин I= 16 бит H= 44,1 кГц Моно- ×1 V=? | Решение V= T ×I × H × 2 V=2×60 ×16 × 44,1 × 1= (120 × 16 × 44 010) бит = 84672000 бит/8= 10584000байт/1024 = 10335,9375 Кбайт/1024 = 10,09 Мбайт |
В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?
Запись условия V=2,6 Мб T=1 мин Моно- ×1 I= ? H= ? | Решение V= T ×I × H × 1; I × H= V / T I × H= 2,6 Мб/1 мин. = 2,6×1024×1024×8 бит/ 60 сек=21810380,8/60= 363506,237 363506,237/8=45438,3 363506,237/16=22719,15 Ответ. Если I=8 ,бит, то H=44,1 кГц. Если I=16 бит, то H=22,05 кГц. |
Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?
Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы - 8. С какой частотой дискретизации записан звук?
Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?
Цифровой аудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб?
Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,05 Мб. Частота дискретизации — 22 050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?
Объем свободной памяти на диске — 0,1 Гб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44 100 Гц?
Ответы
№ 92. 124,8 секунды.
№ 94. Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрядности аудиоадаптера, равной 16. Требуемый объем памяти — 15,1 Мб.
№ 95. Для мрачного и приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации — 11 кГц, разрядность аудиоадаптера — 8. Длительность звучания равна 60,5 с.
Литература
1. Учебник: Информатика, задачник-практикум 1 том, под редакцией И.Г.Семакина, Е.К. Хеннера )
2. Фестиваль педагогических идей «Открытый урок»Звук. Двоичное кодирование звуковой информации. Супрягина Елена Александровна, учитель информатики.
3. Н. Угринович. Информатика и информационные технологии. 10-11 классы. Москва. Бином. Лаборатория знаний 2003.
© 2014-2022 — Студопедия.Нет — Информационный студенческий ресурс. Все материалы представленные на сайте исключительно с целью ознакомления читателями и не преследуют коммерческих целей или нарушение авторских прав (0.01)
Нажмите ☆ , чтобы добавить сайт в избранное.
ГДЗ ответы к учебнику информатика 7 класс, Семакин - Ответы к Дополнение к главе 5 ГДЗ по информатике учебник 7 класс, Семакин
Дополнение к главе 5 ©
1. Как технически происходит переход от аналогового сигнала к его дискретному представлению?
Аналоговый сигнал — это непрерывно меняющееся со временем t значение физической величины F. Например, пусть F — сила тока. Дискретизация есть переход от формы А к форме Б. Физически это происходит следующим образом: в равноотстоящие моменты времени, например через каждые 0,01 секунды, измеряется величина F. Если моменты времени измерения обо-значить t0, t1, t2 и т. д., а измеренные значения величины F обозначить F0, F1, F2 и т. д., то дискретное представление зависимости F от t можно свести в таблицу. Эту информацию и нужно отразить в памяти компьютера. Правда, не совсем в таком виде, как в таблице. Номера измерений хранить ни к чему. Все моменты времени измерений также не нужно хранить в памяти. Достаточно знать начальный момент t0 и величину интервала времени между двумя измерениями, поскольку эта величина постоянная. Ее называют шагом дискретизации по времени. Обычно принимается t0 = 0, т. е. время начинает отсчитываться от начала измерений. Зная t0 и шаг, можно определить все остальные моменты времени измерений. На-пример, если шаг равен 0,01 секунды, то t1 = 0,01 с, t2 = 0,02 с, t3 = 0,03 с и т. д. Значения физической величины F хранятся в памяти в виде числовой последовательности (таблицы).
Таким образом, дискретное цифровое представление сигнала — это таблица с результатами измерений физической величины в фиксированные моменты времени.
2. Что такое шаг дискретизации и частота дискретизации? Попробуйте выразить связь между ними в виде формулы.
Величина интервала времени между двумя измерениями - шаг дискретизации. Частота дискретизации — это количество измерений, производимых прибором за 1 секунду.
Частота измеряется в герцах (Гц). Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 секунду — 1 килогерц (кГц) или 1000 Гц.
Частота = 1 / шаг
3. Какой частоте дискретизации соответствует шаг 0,005 с?
1 измерение за 1 секунду соответствует частоте 1 Гц, 10 Гц — 10 измерений в секунду и так далее.
Частота = 1/шаг
1 / 0,005 = 200 Гц
4. Какому шагу дискретизации соответствует частота 1 КГц?
1 КГц = 1000 Гц
Шаг = 1 / частоту
1/1000 = 0,001 с - шаг дискретизации
5. Что такое разрядность дискретизации?
Разрядность — количество битов. Разрядность дискретизации определяется размером регистра памяти устройства АЦП. Дискретное цифровое представление аналогового сигнала тем точнее его отражает, чем выше частота и больше разрядность дискретизации.
6. Какова разрядность дискретизации АЦП, если в регистр можно записывать 1024 различных значения?
N = n1*n2*. nm ©
n = 2, N = 1024
1024 является 10-й степенью числа 2, значит m = 10
Ответ: 1024 различных значения можно записать в 10-тиразрядный регистр.
1. Какие элементы звуковой карты отвечают за воспроизведение цифрового и синтезированного звука?
Звуковые карты содержат следующие элементы. ©
- Преобразователи – они есть на каждом стереоканале: аналого-цифровой (АЦП) и цифро-аналоговый (ЦАП) (на дорогих картах преобразователей бывает больше). АЦП обрабатывает аналоговый сигнал, поступающий с линейного входа или микрофона, и превращает его в цифровой. ЦАП, напротив, преобразует цифровой сигнал в аналоговый и передает его на линейный выход. Качество получаемого звука зависит от битовой глубины, поддерживаемой преобразователем.
- Генератор тактовой частоты – выдает синхронизирующие сигналы на преобразователи, тем самым задавая скорость обработки информации (вспомните понятие частоты дискретизации). Наиболее популярные на сегодняшний день звуковые карты имеют частоту 96 кГц.
- Процессор – формирует аналоговое звучание, которое мы слышим из колонок от поступающих MIDI-команд. Именно процессор определяет возможности звуковой карты. Он является «связным» между центральным процессором компьютера, операционной системой и программой воспроизведения музыки. Процессор звуковой карты берет на себя достаточно много работы, связанной с обработкой звука (частично разгружая центральный процессор).
Звуковые карты проигрывают MIDI-файлы (синтезированный звук), используя встроенный синтезатор.
2. Почему 32-разрядная звуковая карта точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 16-разрядная?
Чем выше разрядность дискретизации, тем выше точность измерений физической величины, тем точнее карта кодирует и воспроизводит звук.
3. Какая информация хранится в МIDI-файлах?
MIDI- файл — последовательность команд, которыми записаны действия, такие как, например, какая нота звучит, в какое время начинается звучание, как долго оно продолжается, каким инструментом исполняется. Поэтому MIDI-файлы по размеру значительно меньше аналогичных цифровых файлов.
2) Дискретизация - процесс преобразования непрерывной (аналоговой) функции в прерывную (дискретную). При этом информация представляется, как некая последовательность чисел, которые количественно и качественно характеризируют те или иные области функции. Расстояние между двумя последовательными участками области функции, которые используются для преобразования своего значения в числовой формат и есть шагом дискретизации.
Частота дискретизации — частота взятия отсчетов непрерывного во времени сигнала при его дискретизации. Измеряется в герцах.
3) 1 Гц означает одно исполнение (реализацию) такого процесса за одну секунду, другими словами — одно колебание в секунду, 10 Гц — десять исполнений такого процесса, или десять колебаний за одну секунду.
От сюда - 0.01 -- 100 герц, а помножив на два, т. к. нам нужна только половина от 0.01, получаем 200 Гц. Проверить - просто, делим единицу (секунду) на 200 и получаем вожделенные 0.005.
4) 1000 измерений за 1 секунду — 1 килогерц (кГц)
5) Разрядность (битность) в информатике — количество разрядов (битов) электронного (в частности, периферийного) устройства или шины, одновременно обрабатываемых этим устройством или передаваемых этой шиной.
6) разрядность дискретизации АЦП =10
1. Какие элементы звуковой карты отвечают за воспроизведение цифрового и синтезированного звука?
2. Почему 32-разрядная звуковая карта точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 16-разрядная?
3. Какая информация хранится в МIDI-файлах?
1) Звуковой процессор, цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), усилитель.
2) Аналоговый звук представляет собой плавную кривую (синусоиду) . В компьютере присутствует только цифровой сигнал, который не может быть плавной кривой. Поэтому кривая преобразуется в линию ступенечками. А 32-х разрядность говорит о том, что сигнал определённой длины разбивается на 32 части. Т. е. Получается тридцать две мелкие ступенечки. А если будет 16 бит, то будет 16 ступенечек в 2 раза больших в размере. Вот человек и слышит как бы не совсем ровный сигнал. По сути чем на более мелкие ступенечки разбивается сигнал, тем красивее звук.
3) Это стандарт цифровой звукозаписи, формат обмена данными между электронными музыкальными инструментами.
Кодирование звуковой информации .Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Т.о. при двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала.
2. Как частота дискретизации и глубина кодирования влияют на качество цифрового звука?
Звук (сложный), как аналоговый сигнал, есть кривая на плоскости не похожая ни на что.
Современная техника, для хранения или передачи звука на расстояния, дискретизирует звук следующим образом:
Через строго определенные промежутки времени (период дискретизации) измеряется амплитуда сигнала и преобразуется в цифровую величину. Чем чаще происходит преобразование аналогового сигнала в цифровой вид (частота дискретизации) и чем больше разрядов (битов) используется для каждого значения амплитуды (глубина кодирования), тем лучше звук.
3. Производится четырёхканальная (квадро) звукозапись с частотой дискретизации 32 кГц и 32-битным разрешением. Запись длится 4 минуты, её результаты заносятся в файл, сжатие данных не производится. Определите приблизительно размер полученного файла (в мегабайтах). В качестве ответа укажите ближайшее к размеру файла целое число, кратное 10.
4. Музыкальный фрагмент был записан в формате моно, оцифрован и сохранён в виде файла без использования сжатия данных. Размер полученного файла — 49 Мбайт. Затем тот же музыкальный фрагмент был записан повторно в формате стерео (двухканальная запись) и оцифрован с разрешением в 4 раза выше и частотой дискретизации в 3,5 раза меньше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Укажите в мегабайтах размер файла, полученного при повторной записи.
5. Музыкальный фрагмент был оцифрован и записан в виде файла без использования сжатия данных. Получившийся файл был передан в город А по каналу связи за 32 секунды. Затем тот же музыкальный фрагмент был оцифрован повторно с разрешением в 3 раза выше и частотой дискретизации в 3 раза выше, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б. Пропускная способность канала связи с городом Б в 2 раза выше, чем канала связи с городом А. Сколько секунд длилась передача файла в город Б?
6. Музыкальный фрагмент был оцифрован и записан в виде файла без использования сжатия данных. Получившийся файл был передан в город А по каналу связи за 96 секунд. Затем тот же музыкальный фрагмент был оцифрован повторно с разрешением в 4 раза выше и частотой дискретизации в 3 раза ниже, чем в первый раз. Сжатие данных не производилось. Полученный файл был передан в город Б за 16 секунд. Во сколько раз пропускная способность канала связи с городом Б больше пропускной способности канала связи с городом А?
7. В сети Интернет найдите информацию о записи музыкальных произведений в формате MIDI. Почему запись звука в этом формате считают аналогичной векторному методу кодирования графических изображений?
Мир наполнен самыми разнообразными звуками: тиканье часов и гул моторов, завывание ветра и шелест листьев, пение птиц и голоса людей. О том, как рождаются звуки и что они собой представляют люди начали догадываться очень давно. Еще древнегреческий философ и ученый - энциклопедист Аристотель, исходя из наблюдений, объяснял природу звука, полагая, что звучащее тело создает попеременное сжатие и разрежение воздуха. Так, колеблющаяся струна то разряжает, то уплотняет воздух, а из-за упругости воздуха эти чередующиеся воздействия передаются дальше в пространство - от слоя к слою, возникают упругие волны. Достигая нашего уха, они воздействуют на барабанные перепонки и вызывают ощущение звука.
На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту где-то в пределах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 колебание в секунду). В соответствии с этим упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В учении о звуке важны такие понятия как тон и тембр звука. Всякий реальный звук, будь то игра музыкальных инструментов или голос человека, - это своеобразная смесь многих гармонических колебаний с определенным набором частот.
Колебание, которое имеет наиболее низкую частоту, называют основным тоном, другие - обертонами.
Музыкальный звук можно характеризовать тремя качествами: тембром, т. е. окраской звука, которая зависит от формы колебаний, высотой, определяющейся числом колебаний в секунду (частотой), и громкостью, зависящей от интенсивности колебаний.
Компьютер широко применяют в настоящее время в различных сферах. Не стала исключением и обработка звуковой информации, музыка. До 1983 года все записи музыки выходили на виниловых пластинках и компакт-кассетах. В настоящее время широкое распространение получили компакт-диски. Если имеется компьютер, на котором установлена студийная звуковая плата, с подключенными к ней MIDI-клавиатурой и микрофоном, то можно работать со специализированным музыкальным программным обеспечением.
Условно его можно разбить на несколько видов:
1) всевозможные служебные программы и драйверы, предназначенные для работы с конкретными звуковыми платами и внешними устройствами;
2) аудиоредакторы, которые предназначены для работы со звуковыми файлами, позволяют производить с ними любые операции - от разбиения на части до обработки эффектами;
3) программные синтезаторы, которые появились сравнительно недавно и корректно работают только на мощных компьютерах. Они позволяют экспериментировать с созданием различных звуков;
К первой группе относятся все служебные программы операционной системы. Так, например, win 95 и 98 имеют свои собственные программы микшеры и утилиты для воспроизведения/записи звука, проигрывания компакт-дисков и стандартных MIDI - файлов. Установив звуковую плату можно при помощи этих программ проверить ее работоспособность. Например, программа Фонограф предназначена для работы с wave-файлами (файлы звукозаписи в формате Windows). Эти файлы имеют расширение .WAV . Эта программа предоставляет возможность воспроизводить, записывать и редактировать звукозапись приемами, аналогичными приемам работы с магнитофоном. Желательно для работы с Фонографом подключить микрофон к компьютеру. Если необходимо сделать звукозапись, то нужно определиться с качеством звука, так как именно от нее зависит продолжительность звукозаписи. Возможная продолжительность звучания тем меньше, чем выше качество записи. При среднем качестве записи можно удовлетворительно записывать речь, создавая файлы продолжительностью звучания до 60 секунд. Примерно 6 секунд будет продолжительность записи, имеющая качество музыкального компакт - диска.
А как же происходит кодирование звука? С самого детства мы сталкиваемся с записями музыки на разных носителях: грампластинках, кассетах, компакт-дисках и т.д. В настоящее время существует два основных способах записи звука: аналоговый и цифровой. Но для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель его нужно преобразовать в электрический сигнал.
Это делается с помощью микрофона. Самые простые 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. Изменения напряжения тока точно отражают звуковые волны.
Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона, называется аналоговым сигналом. Применительно к электрическому сигналу «аналоговый» обозначает, что этот сигнал непрерывен по времени и амплитуде. Он точно отражает форму звуковой волны, которая распространяется в воздухе.
В § 26 сказано, что для ввода звука в компьютер используется микрофон, а для вывода — акустические колонки или наушники. Для записи звука в компьютер и его вывода (воспроизведения) из компьютера на динамик требуется звуковая карта (аудиоадаптер). Качество компьютерного звука, прежде всего, определяется частотой дискретизации и разрядностью дискретизации, с которыми работает звуковая карта. Первые звуковые карты, использовавшиеся на ПК, работали на частотах 11 кГц, 22 кГц. Высококачественное воспроизведение звука получается на частотах от 44 кГц и выше.
Разрядность дискретизации связана с размером регистра аудиоадаптера. Наименьший размер регистра — 8 разрядов. В таком случае одно измеренное значение займет 1 байт памяти компьютера, а число различных значений будет равно 2 8 = 256. При 16-разряд- ном регистре каждая величина в памяти займет 2 байта, а число различных значений: 2 16 = 32 768. Существуют устройства с 32- и 64-разрядными регистрами. Чем выше разрядность дискретизации, тем выше точность измерений физической величины, но при этом растет и объем занимаемой памяти.
Цифровой (WAV) и синтезированный (MIDI) форматы звука
Любая звуковая карта может иметь дело с двумя основными форматами компьютерного звука: цифровым (WAV) и синтезированным (MIDI). Способ представления цифрового звука подробно описан в предыдущем разделе.
Другой способ кодирования звука — цифровой интерфейс музыкальных инструментов (Musical Instrument Digital Interface, MIDI). MIDI-файл похож на нотную партитуру, так как в нем указывается:
• какая нота звучит;
• в какое время начинается звучание;
• как долго оно продолжается;
• каким инструментом исполняется звучание.
MIDI-файл — компьютеризированная нотная партитура, используемая для воспроизведения звука. Фактически MIDI-файл — последовательность команд, которыми записаны действия, такие как, например, нажатие клавиши пианино. Поэтому MIDI-файлы по размеру значительно меньше аналогичных цифровых файлов. MIDI- данные по отношению к цифровым данным — это примерно то же самое, что данные векторной графики по отношению к данным растровой графики.
Звуковые карты проигрывают MIDI-файлы, используя встроенный синтезатор. Звучание у этих файлов совершенно особенное: непривычно чистое и в то же время какое-то синтетическое. Большинство инструментов может воспроизводиться на синтезаторе одновременно, создавая впечатление играющего оркестра. Прекрасная оркестровка произведений и чистота звучания доставляют истинное наслаждение любителям электронной музыки. В новой электронной оркестровке великолепно звучат произведения музыкальных классиков: Моцарта, Брамса, Баха и др. Однако MIDI-звук чрезвычайно трудно использовать для воспроизведения разговорной речи.
Создание и редактирование MIDI-данных требуют серьезной профессиональной работы и под силу лишь композиторам или лицам с достаточным музыкальным образованием. Однако проигрывать такие файлы может любой пользователь. Вместе с тем для создания цифрового звука не требуется знания музыкальной теории. Подготовка цифровых аудиофайлов довольно проста и может быть выполнена с помощью программ — редакторов звука. Кроме записи и прослушивания звука эти редакторы позволяют удалять фрагменты аудиозаписи, собирать несколько звуковых файлов в один, смешивать содержимое различных звуковых файлов, применять различные спецэффекты (эхо, нарастание и затухание звука и др.).
Коротко о главном
Качество компьютерного звука определяется частотой дискретизации и разрядностью дискретизации.
Любая звуковая карта может иметь дело с двумя основными форматами компьютерного звука: цифровым и синтезированным. MIDI-файл содержит нотную партитуру для компьютера.
Вопросы и задания
1. Какие элементы звуковой карты отвечают за воспроизведение цифрового и синтезированного звука?
2. Почему 32-разрядная звуковая карта точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 16-разрядная?
3. Какая информация хранится в MIDI-файлах?
ЕК ЦОР: Часть 1, дополнение к главе 5. ЦОР № 1-3.
Читайте также: