Žmogaus ausis suvokia garsą, kurio dažnis svyruoja nuo 20 vibracijų per sekundę (žemas garsas) iki 20 000 virpesių per sekundę (aukštas garsas).

Žmogus gali suvokti garsą didžiuliu intensyvumo diapazonu, kuriame didžiausias intensyvumas yra 10 14 kartų didesnis už minimalų (šimtą tūkstančių milijardų kartų). Garso stiprumui matuoti naudojamas specialus vienetas "decibelas"(dbl) (5.1 lentelė). Garso stiprumo sumažėjimas arba padidėjimas 10 dbl atitinka garso intensyvumo sumažėjimą arba padidėjimą 10 kartų.

Laiko garso atranka. Kad kompiuteris apdorotų garsą, nuolatinis garso signalas turi būti konvertuojamas į skaitmeninę diskrečiąją formą, naudojant laiko atranką. Nepertraukiama garso banga yra padalinta į atskiras mažas laikinąsias dalis ir kiekvienai tokiai atkarpai nustatoma tam tikra garso intensyvumo reikšmė.

Taigi nuolatinė garso stiprumo priklausomybė nuo laiko A(t) pakeičiama diskrečia garsumo lygių seka. Grafike tai atrodo kaip tolygios kreivės pakeitimas „žingsnių“ seka (1.2 pav.).

Ryžiai. 1.2. Laiko garso atranka

Mėginių ėmimo dažnis. Prie garso plokštės prijungtas mikrofonas naudojamas analoginiam garsui įrašyti ir konvertuoti į skaitmeninę formą. Gaunamo skaitmeninio garso kokybė priklauso nuo garso stiprumo lygio matavimų skaičiaus per laiko vienetą, t.y. atrankos dažnis. Kuo daugiau matavimų atliekama per sekundę (kuo didesnis diskretizavimo dažnis), tuo tiksliau skaitmeninio garso signalo „kopėčios“ seka dialogo signalo kreivę.

Garso atrankos dažnis yra garso stiprumo matavimų skaičius per vieną sekundę.

Garso atrankos dažnis gali svyruoti nuo 8 000 iki 48 000 garso garsumo matavimų per sekundę.

Garso kodavimo gylis. Kiekvienam „žingsniui“ priskiriamas konkretus garso stiprumo lygis. Garso garsumo lygiai gali būti laikomi galimų būsenų N visuma, kurios kodavimui reikalingas tam tikras informacijos kiekis I, kuris vadinamas garso kodavimo gyliu.

Garso kodavimo gylis yra informacijos kiekis, reikalingas atskiriems skaitmeninio garso garsumo lygiams koduoti.

Jei kodavimo gylis yra žinomas, skaitmeninių garso lygių skaičių galima apskaičiuoti pagal formulę N = 2 I. Tegul garso kodavimo gylis yra 16 bitų, tada garso garsumo lygių skaičius yra lygus:

N = 2 I = 2 16 = 65 536.

Kodavimo proceso metu kiekvienam garso stiprumo lygiui priskiriamas savas 16 bitų dvejetainis kodas, žemiausias garso lygis atitiks kodą 0000000000000000, o aukščiausias - 1111111111111111.

Skaitmeninio garso kokybė. Kuo didesnis garso dažnis ir atrankos gylis, tuo aukštesnė suskaitmeninto garso kokybė. Žemiausia suskaitmeninto garso kokybė, atitinkanti telefono ryšio kokybę, gaunama esant 8000 kartų per sekundę atrankos dažniui, 8 bitų atrankos gyliui ir vieno garso takelio įrašymui (mono režimu). Aukščiausia skaitmeninio garso kokybė, atitinkanti garso kompaktinio disko kokybę, pasiekiama naudojant 48 000 kartų per sekundę diskretizavimo dažnį, 16 bitų atrankos gylį ir dviejų garso takelių įrašymą (stereo režimas).

Reikia atsiminti, kad kuo aukštesnė skaitmeninio garso kokybė, tuo didesnis garso failo informacijos kiekis. Galite įvertinti skaitmeninio stereo garso failo, kurio garso trukmė yra 1 sekundė, informacijos tūrį esant vidutinei garso kokybei (16 bitų, 24 000 matavimų per sekundę). Norėdami tai padaryti, kodavimo gylis turi būti padaugintas iš matavimų skaičiaus per 1 sekundę ir padaugintas iš 2 (stereo garsas):

16 bitų × 24 000 × 2 = 768 000 bitų = 96 000 baitų = 93,75 KB.

Garso redaktoriai. Garso redaktoriai leidžia ne tik įrašyti ir atkurti garsą, bet ir jį redaguoti. Suskaitmenintas garsas garso redaktoriuose pateikiamas vaizdine forma, todėl garso takelio dalių kopijavimo, perkėlimo ir ištrynimo operacijas galima lengvai atlikti naudojant pelę. Be to, galite perdengti garso takelius vieną ant kito (maišyti garsus) ir pritaikyti įvairius akustinius efektus (aidas, atkūrimas atvirkščiai ir kt.).

Garso redaktoriai leidžia keisti skaitmeninio garso kokybę ir garso failo dydį keičiant diskretizavimo dažnį ir kodavimo gylį. Suskaitmenintas garsas gali būti išsaugotas nesuspaustas garso failuose universaliu formatu WAV arba suspaustu formatu MP3.

Išsaugant garsą suspaustais formatais, atmetami žemo intensyvumo garso dažniai, kurie yra „per dideli“ žmogaus suvokimui ir sutampa su didelio intensyvumo garso dažniais. Šio formato naudojimas leidžia suspausti garso failus dešimtis kartų, tačiau negrįžtamai prarandama informacija (failų negalima atkurti į pradinę formą).

Kontroliniai klausimai

1. Kaip atrankos dažnis ir kodavimo gylis veikia skaitmeninio garso kokybę?

Savarankiško atlikimo užduotys

1.22. Atrankinio atsako užduotis. Garso plokštė sukuria dvejetainį analoginio garso signalo kodavimą. Kiek informacijos reikia norint užkoduoti kiekvieną iš 65 536 galimų signalo intensyvumo lygių?
1) 16 bitų; 2) 256 bitai; 3) 1 bitas; 4) 8 bitai.

1.23. Užduotis su išsamiu atsakymu. Įvertinkite 10 sekundžių trunkančių skaitmeninių garso failų informacijos tūrį, kai kodavimo gylis ir garso signalo atrankos dažnis užtikrina minimalią ir maksimalią garso kokybę:
a) mono, 8 bitai, 8000 matavimų per sekundę;
b) stereo, 16 bitų, 48 000 matavimų per sekundę.

1.24. Užduotis su išsamiu atsakymu. Nustatykite garso failo, kuris tilps į 3,5" diskelį, trukmę (atkreipkite dėmesį, kad 2847 sektoriai po 512 baitų yra skirti duomenims saugoti tokiame diskelyje):
a) su žema garso kokybe: mono, 8 bitai, 8000 matavimų per sekundę;
b) su aukšta garso kokybe: stereo, 16 bitų, 48 000 matavimų per sekundę.

Su skirtinga amplitude ir dažniu. Kuo didesnė signalo amplitudė, tuo garsiau jį suvokia žmogus. Kuo didesnis signalo dažnis, tuo didesnis jo tonas.

1 pav. Garso bangų virpesių amplitudė

Garso bangų dažnis nustatomas pagal virpesių skaičių per sekundę. Ši vertė matuojama hercais (Hz, Hz).

Žmogaus ausis suvokia garsus diapazone nuo $ 20 $ Hz iki $ 20 $ kHz, šis diapazonas vadinamas garsas. Iškviečiamas vienam garso signalui priskirtų bitų skaičius garso kodavimo gylis. Šiuolaikinės garso plokštės suteikia 16 USD, 32 USD arba 64 USD bitų garso kodavimo gylį. Garso informacijos kodavimo procese pakeičiamas nuolatinis signalas diskretus, tai yra, jis paverčiamas elektros impulsų seka, susidedančia iš dvejetainių nulių ir vienetų.

Garso atrankos dažnis

Viena iš svarbių garso kodavimo proceso charakteristikų yra diskretizavimo dažnis, kuris yra signalo lygio matavimų skaičius per $1 $ sekundę:

• vienas matavimas per sekundę atitinka $1$ gigaherco (GHz) dažnį;
• 1000 USD matavimai per sekundę atitinka 1 USD kilohercų (kHz) dažnį.

2 apibrėžimas

Garso atrankos dažnis yra garso stiprumo matavimų skaičius per vieną sekundę.

Matavimų skaičius gali svyruoti nuo 8$ kHz iki 48$ kHz, pirmoji reikšmė atitinka radijo transliacijų dažnį, o antroji – muzikinės medijos garso kokybę.

1 pastaba

Kuo didesnis garso dažnis ir mėginių ėmimo gylis, tuo kokybiškesnis suskaitmenintas garsas skambės. Žemiausia suskaitmeninto garso kokybė, atitinkanti telefono ryšio kokybę, gaunama, kai diskretizavimo dažnis yra 8000 kartų per sekundę, diskretizavimo gylis $8$ bitų, kas atitinka vieno garso takelio įrašymą (mono režimas). Aukščiausia suskaitmeninto garso kokybė, atitinkanti garso kompaktinio disko kokybę, pasiekiama, kai diskretizavimo dažnis yra 48 000 USD kartų per sekundę, atrankos gylis yra 16 USD bitų, o tai atitinka dviejų garso takelių įrašymą (stereo režimas).

Garso failo informacijos apimtis

Reikėtų pažymėti, kad kuo aukštesnė skaitmeninio garso kokybė, tuo didesnis garso failo informacijos kiekis.

Įvertinkime monofoninio garso failo informacijos apimtį ($V$), tai galima padaryti naudojant formulę:

$V = N \cdot f \cdot k$,

kur $N$ yra bendra garso trukmė, išreikšta sekundėmis,

$f$ – diskretizavimo dažnis (Hz),

$k$ – kodavimo gylis (bitais).

1 pavyzdys

Pavyzdžiui, jei garso trukmė yra $1$ minutė ir mes turime vidutinę garso kokybę, kai diskretizavimo dažnis yra $24$ kHz, o kodavimo gylis yra $16$ bitų, tada:

$V=60 \cdot 24000 \cdot 16 \bit=23040000 \bit=2880000 \byte = 2812,5 \KB=2,75 \MB.$

Koduojant stereo garsą, diskretizavimo procesas atliekamas atskirai ir nepriklausomai kairiajam ir dešiniajam kanalams, o tai atitinkamai dvigubai padidina garso failo dydį, palyginti su mono garsu.

2 pavyzdys

Pavyzdžiui, įvertinkime skaitmeninio stereo garso failo, kurio garso trukmė lygi $1 sekundei, vidutinės garso kokybės ($16 bitų, $24000 matavimų per sekundę) informacijos apimtį. Norėdami tai padaryti, padauginkite kodavimo gylį iš matavimų skaičiaus per $1$ sekundę ir padauginkite iš $2$ (stereo garsas):

$V = 16 \bit \cdot 24000 \cdot 2 = 768000 \bit = 96000 \baitas = 93,75 \KB.$

Pagrindiniai garso informacijos kodavimo metodai

Yra įvairių būdų koduoti garso informaciją dvejetainiu kodu, tarp kurių yra dvi pagrindinės kryptys: FM metodas Ir Bangų lentelės metodas.

FM metodas (Dažnio moduliavimas). Garso signalų skaidymas į harmonines serijas ir jų atvaizdavimas diskrečiųjų skaitmeninių signalų pavidalu vyksta specialiuose įrenginiuose, vadinamuose „analoginiais-skaitmeniniais keitikliais“ (ADC).

2 pav. Garso signalo konvertavimas į atskirą signalą

2a paveiksle parodytas garso signalas ADC įėjime, o 2b paveiksle parodytas jau konvertuotas diskretinis signalas ADC išvestyje.

Atvirkštiniam konvertavimui atkuriant garsą, kuris pateikiamas skaitmeninio kodo pavidalu, naudojami skaitmeniniai analoginiai keitikliai (DAC). Garso konvertavimo procesas parodytas fig. 3. Šis kodavimo būdas neužtikrina geros garso kokybės, bet suteikia kompaktišką kodą.

3 pav. Diskretaus signalo pavertimas garso signalu

3a paveiksle parodytas atskiras signalas, kurį turime DAC įėjime, o 3b paveiksle parodytas garso signalas DAC išvestyje.

Stalo bangos metodas (Bangų lentelė). Kadangi „tikri“ garsai naudojami kaip pavyzdžiai, sintezės metu gaunamo garso kokybė yra labai aukšta ir priartėja prie tikrų muzikos instrumentų garso.

Garso failų formatų pavyzdžiai

Garso failai būna kelių formatų. Populiariausi iš jų yra MIDI, WAV, MP3.

MIDI formatas(Muzikos instrumentų skaitmeninė sąsaja) iš pradžių buvo skirta muzikos instrumentams valdyti. Šiuo metu naudojamas elektroninių muzikos instrumentų ir kompiuterinės sintezės modulių srityje.

WAV garso failo formatas(bangos forma) reiškia savavališką garsą kaip skaitmeninį originalios garso vibracijos arba garso bangos vaizdą. Visi standartiniai „Windows“ garsai turi WAV plėtinį.

MPZ formatu(MPEG-1 Audio Layer 3) yra vienas iš skaitmeninių garso informacijos saugojimo formatų. Tai užtikrina aukštesnę kodavimo kokybę.

Žinios susideda iš mažų
kasdienės patirties grūdai.
DI. Pisarevas

Tikslai: Teorinių žinių taikymas praktikoje.
Pamokos tikslai:
Išmokyti dvejetainio kodavimo principą skaitmeninant garsą;
Supažindinti su garso laiko atrankos samprata;
Nustatyti ryšį tarp garso kodavimo kokybės, kodavimo gylio ir diskretizavimo dažnio;
Išmokti įvertinti garso failo informacijos apimtį;
Įrašykite garsą naudodami kompiuterį, išsaugokite jį garso failuose WAV formatu ir atkurkite.

Užsiėmimų metu:

I. Organizacinis momentas 1. Groja muzika
2. Mokytojo žodžiai:

Mūsų pamokos tema yra „Dvejetainis garso informacijos kodavimas“. Šiandien susipažinsime su garso laiko atrankos samprata, eksperimentiškai nustatysime ryšį tarp garso kodavimo kokybės, kodavimo gylio ir diskretizavimo dažnio, išmoksime įvertinti garso failų dydį, įrašyti garsą kompiuteriu, išsaugoti jį garso failuose. WAV formatu ir atkurkite.

II. Mokinių žinių atnaujinimas. Klausimai: (atsakymus parašykite į formą Nr. 1)

1. Išvardykite informacijos egzistavimo rūšis? (skaitinis, tekstas, grafika, garsas).
2. Kokį raktinį žodį galima pasirinkti vaizdo įrašų sekai? (informacijos kodavimas).
3. Kas vadinama garso gyliu? (garso gylis arba kodavimo gylis – informacijos bitų skaičius vienoje garso koduotėje).
4. Kokius garso lygius gali turėti garsas? (garsas gali turėti skirtingus garsumo lygius.

III. Problemų sprendimas. Problema Nr.1 ​​(Semakin. Nr. 88 p. 157, užduočių knyga Nr. 1). Forma Nr.1.

Nustatykite atminties kiekį, skirtą saugoti skaitmeninį garso failą, kurio grojimo laikas yra dvi minutės, 44,1 kHz atrankos dažniu ir 16 bitų plėtiniu.

Nuo devintojo dešimtmečio pradžios asmeniniai kompiuteriai galėjo dirbti su garso informacija. Kiekvienas kompiuteris, turintis garso plokštę, mikrofoną ir garsiakalbius, gali įrašyti, išsaugoti ir leisti garso informaciją.
Naudojant specialią programinę įrangą (įrašų redaktorius) atsiveria plačios galimybės kurti, redaguoti ir klausytis garso failų. Kuriamos kalbos atpažinimo programos ir dėl to atsiranda galimybė valdyti kompiuterį balsu.
Iš savo fizikos kurso žinote, kad garsas yra mechaninė banga, kurios amplitudė ir dažnis nuolat kinta (1 pav.). Kuo didesnė amplitudė, tuo garsesnis garsas; kuo žemesnis dažnis, tuo žemesnis tonas. Kompiuteris yra skaitmeninis įrenginys, todėl nuolatinis garso signalas turi būti paverstas elektrinių impulsų seka (nuliais ir vienetais). Tam plokštuma, kurioje grafiškai pavaizduota garso banga, padalinama į horizontalias ir vertikalias linijas (2 pav. ir 3 pav.). Horizontalios linijos yra garsumo lygiai, o vertikalios linijos – matavimų skaičius per sekundę (vienas matavimas per sekundę yra vienas hercas) arba mėginių ėmimo dažnis (Hz). Šis metodas leidžia pakeisti nuolatinę priklausomybę diskrečia garsumo lygių seka, kurių kiekvienam priskiriama reikšmė dvejetainiu kodu (4 pav.).

1 pav	2 pav	3 pav	4 pav

Pavyzdys: forma Nr. 3
Sprendimas:
1) kodavimas 5 Hz dažniu - tai reiškia, kad garso aukščio matavimai įvyksta per 1 sekundę. 4 bitų gylis reiškia, kad naudojami 16 garsumo lygių.
Mes „apvalinsime“ žingsnio reikšmes iki artimiausio žemesnio lygio. (Kodavimo rezultatas: 1000 1000 1001 O11O 0111)

2) Užkoduoto garso (A) informacijos tūriui apskaičiuoti naudojama paprasta formulė: A = D * i * T, kur: D – diskretizavimo dažnis (Hz); i - garso gylis (bitai); T – žaidimo laikas (sek.).
Gauname: A = 5 Hz * 4 bitai * 1 sek. = 20 bitų.

V. Mokomasis savarankiškas darbas. Forma Nr.5

Grupės Nr.1-5. Nustatyti ryšį tarp dvejetainio garso kodavimo kokybės ir įvairaus turinio garsinės informacijos (monologinės kalbos, dialoginės kalbos, eilėraščio, dainos) garso failo informacijos apimties; ryšys tarp failo informacijos apimties ir įrašymo režimo (mono, stereo).

1) Užpildykite formą Nr. 2.
2) Eksperimento metu gautus rezultatus surašykite į lentelę.
3) Padarykite išvadą.

VII. Grupinio darbo apibendrinimas
VIII. Mini projektas Muzikinės ir garso galimybės.
Legenda: Programa: „Miške gimė eglutė“
SCRN 7
LINIJA (20,0)-(300,180),2,BF
NUO I=l IKI 2000
X=280*RND+20 Y=180*RND
C=16*RND
PSET(X,Y),C
KITAS I
MIEGAS 1
LINIJA (150 140)-(170 160),6,BF
PSET(110,140)
LINIJA-(210 140), 10
LINIJA-(160 110),10
LINIJA-(110 140),10
DAŽAI (160 120), 10,10
SURAŠYTI 24.10
SPAUSDINTI „Miške gimė eglutė“
ŽAISTI „ms+80 02 18 caajafcc“
PSET (120 110)
LINIJA-(200 110),10
LINIJA-(160,85),10
LINIJA-(120 110),10
DAŽAI (160,90),10,10
SURAŠYTI 24.10
SPAUSDINTI "Ji užaugo miške"
ŽAISTI „caab->dc4“
PSET (130,85)
LINIJA-(190.85),10
LINIJA-(160,65),10
LINIJA-(130.85), 10
DAŽAI (160,70),10,10
SURAŠYTI 24.10
SPAUSDINTI „LIEKNESNIS ŽIEMĄ IR VASARĄ“
PLAY "su PSET (140.65)
LINIJA-(180.65), 10
LINIJA -(160.50), 10
LINIJA – DAŽAI (160,60), 10,10
SURAŠYTI 24.10
SPAUSDINTI "GREEN WAS"
ŽAISTI „caajofu“
MIEGAS
SUSTABDYTI
IX pamokos santrauka

1). Programinės medžiagos įsisavinimo lygio stebėjimas
1. Esant 8 kHz atrankos dažniui, atrinkto garso signalo kokybė atitinka:

a) garso kompaktinio disko garso kokybė;
b) radijo transliacijos kokybė;
c) vidutinė kokybė.

a) DOC;
b) WAV;
c) BMP.

A) apie diskretizavimo dažnį ir kodavimo gylį;
b) apie monitoriaus spalvų gylį ir skiriamąją gebą;
c) iš tarptautinio kodavimo standarto.

a) 4 kartus;
b) tūriai vienodi;
c) 2 kartus.

Žinoma, garso kokybės vertinimas iš esmės yra subjektyvus ir priklauso nuo mūsų suvokimo. Kompiuteris, kaip ir žmogus, užkoduoja garso informaciją saugojimui ir vėlesniam atkūrimui. Pagalvokite, kuo garso informacija, saugoma kompiuterio atmintyje, skiriasi nuo žmogaus atmintyje? (Atsakymas: žmonėms garso kodavimo procesas yra glaudžiai susijęs su emocijomis).
Taigi kompiuteris saugo garsą, o žmogus – muziką!!! Muzika yra vienintelė kalba, kuria siela kalba su siela (Bertoldas Auerbachas). Jis gali pakilti į dangų, pažadinti jausmus, surišti protą ir sukelti baimę. Kiekvienas žmogus turi savo muziką. Kokias emocijas ar asociacijas jums kelia „Mėnesienos sonata“?... Šiltas mylinčio žmogaus žvilgsnis, švelnus mamos rankos prisilietimas, o dabar gali būti, kad šie kerintys garsai primins informatikos pamoką. Visa tai, matote, nepasiekiama skaitmeniniam dvejetainiam kodui.

Spręsdami problemas mokiniai remiasi šiomis sąvokomis:

Laiko atranka – procesas, kurio metu, koduojant nenutrūkstamą garso signalą, garso banga suskirstoma į atskiras mažas laiko dalis ir kiekvienai tokiai atkarpai nustatoma tam tikra amplitudės reikšmė. Kuo didesnė signalo amplitudė, tuo garsesnis garsas.

Garso gylis (kodavimo gylis) –bitų skaičius vienoje garso koduotėje.

Garsumo lygiai (signalo lygiai)- garsas gali turėti skirtingus garsumo lygius. Skirtingų garsumo lygių skaičius apskaičiuojamas pagal formulę N= 2 aš Kuraš– garso gylis.

Mėginių ėmimo dažnis -įvesties signalo lygio matavimų skaičius per laiko vienetą (per 1 sekundę). Kuo didesnis diskretizavimo dažnis, tuo tikslesnė dvejetainio kodavimo procedūra. Dažnis matuojamas hercais (Hz). 1 matavimas per 1 sekundę -1 Hz.

1000 matavimų per 1 sekundę 1 kHz. Atrankos dažnį pažymėkime raideD. Norėdami koduoti, pasirinkite vieną iš trijų dažnių:44,1 KHz, 22,05 KHz, 11,025 KHz.

Manoma, kad dažnių diapazonas, kurį žmogus girdi, yra iš 20 Hz iki 20 kHz.

dvejetainio kodavimo kokybė –vertė, kuri nustatoma pagal kodavimo gylį ir mėginių ėmimo dažnį.

Garso adapteris (garso plokštė) – prietaisas, kuris garso dažnio elektrinius virpesius paverčia skaitmeniniu dvejetainiu kodu įvedant garsą ir atvirkščiai (iš skaitinio kodo į elektrinius virpesius) leidžiant garsą.

Garso adapterio specifikacijos:diskretizavimo dažnis ir registro bitų gylis.).

Registracijos dydis - bitų skaičius garso adapterio registre. Kuo didesnė skaitmenų talpa, tuo mažesnė kiekvieno atskiro elektros srovės dydžio konvertavimo į skaičių paklaida ir atvirkščiai. Jei bito gylis yra aš, tada matuojant įvesties signalą galima gauti 2aš = N skirtingos reikšmės.

Skaitmeninio monofoninio garso failo dydis (A) matuojamas pagal formulę:

A= D* T* aš/8 , KurD – mėginių ėmimo dažnis (Hz),T– garso grojimo ar įrašymo laikas,ašregistro plotis (raiška). Pagal šią formulę dydis matuojamas baitais.

Skaitmeninio stereo garso failo dydis (A) matuojamas pagal formulę:

A=2* D* T* aš/8 , signalas įrašomas dviem garsiakalbiams, nes kairysis ir dešinysis garso kanalai yra užkoduoti atskirai.

Mokiniams naudinga pateikti 1 lentelę, rodantis, kiek MB užims užkoduota vienos minutės garso informacijos esant skirtingiems atrankos dažniams:

1. Skaitmeninio failo dydis

Lygis "3"

1. Nustatykite skaitmeninio garso failo, kurio grojimo laikas yra 10 sekundžių, 22,05 kHz atrankos dažniu ir 8 bitų raiška, dydį (baitais). Failas nesuspaustas. (, 156 psl., 1 pavyzdys)

Sprendimas:

Formulė dydžiui apskaičiuoti (baitais) skaitmeninis garso failas: A= D* T* aš/8.

Norint konvertuoti į baitus, gautą reikšmę reikia padalyti iš 8 bitų.

22,05 kHz = 22,05 * 1000 Hz = 22 050 Hz

A= D* T* aš/8 = 22050 x 10 x 8/8 = 220500 baitų.

Atsakymas: Failo dydis yra 220500 baitų.

2. Nustatykite atminties kiekį skaitmeniniam garso failui, kurio grojimo laikas yra dvi minutės, esant 44,1 kHz diskretizavimo dažniui ir 16 bitų raiškai, saugoti. (, p. 157, nr. 88)

Sprendimas:

A= D* T* aš/8. – atminties kiekis, skirtas saugoti skaitmeninį garso failą.

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

Atsakymas: ≈ 10 MB

lygis "4"

3. Vartotojo atminties talpa yra 2,6 MB. Būtina įrašyti skaitmeninį garso failą, kurio garso trukmė yra 1 minutė. Koks turėtų būti diskretizavimo dažnis ir bitų gylis? (, p. 157, nr. 89)

Sprendimas:

Atrankos dažnio ir bitų gylio skaičiavimo formulė: D* I =A/T

(atminties talpa baitais) : (garso laikas sekundėmis):

2,6 MB = 2726297,6 baito

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

D = 45438,3 baitai: I

Adapterio plotis gali būti 8 arba 16 bitų. (1 baitas arba 2 baitai). Todėl mėginių ėmimo dažnis gali būti 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz– standartinis charakteringas diskretizavimo dažnis arba 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- standartinė charakteristika atrankos dažnis

Atsakymas:

4. Laisvos atminties kiekis diske – 5,25 MB, garso plokštės bitų gylis – 16. Kiek trunka skaitmeninio garso failo, įrašyto 22,05 kHz diskretizavimo dažniu, garsas? (, p. 157, nr. 90)

Sprendimas:

Garso trukmės skaičiavimo formulė: T=A/D/I

(atminties talpa baitais) : (atrankos dažnis Hz) : (garso plokštės talpa baitais):

5,25 MB = 5505024 baitai

5505024 baitai: 22050 Hz: 2 baitai = 124,8 sek.
Atsakymas: 124,8 sekundės

5. Viena minutė įrašant skaitmeninį garso failą užima 1,3 MB vietos diske, garso plokštės bitų gylis yra 8. Kokiu atrankos dažniu įrašomas garsas? (, p. 157, nr. 91)

Sprendimas:

Atrankos dažnio apskaičiavimo formulė: D = A/T/I

(atminties talpa baitais) : (įrašymo laikas sekundėmis) : (garso plokštės talpa baitais)

1,3 MB = 1363148,8 baito

1363148,8 baitai: 60:1 = 22719,1 Hz

Atsakymas: 22,05 kHz

6. Dvi minutės skaitmeninio garso failo įrašymo užima 5,1 MB vietos diske. Atrankos dažnis - 22050 Hz. Koks yra garso adapterio bitų gylis? (, p. 157, nr. 94)

Sprendimas:

Bitų gylio apskaičiavimo formulė: (atminties talpa baitais): (garso laikas sekundėmis): (atrankos dažnis):

5,1 MB = 5347737,6 baito

5347737,6 baitai: 120 sek.: 22050 Hz = 2,02 baitai = 16 bitų

Atsakymas: 16 bitų

7. Laisvos atminties kiekis diske – 0,01 GB, garso plokštės bitų gylis – 16. Kiek trunka skaitmeninio garso failo, įrašyto 44100 Hz diskretizavimo dažniu, garsas? (, p. 157, nr. 95)

Sprendimas:

Garso trukmės skaičiavimo formulė T=A/D/I

(atminties talpa baitais) : (atrankos dažnis Hz) : (garso plokštės talpa baitais)

0,01 GB = 10737418,24 baitai

10737418,24 baitai: 44100: 2 = 121,74 sek = 2,03 min.
Atsakymas: 20,3 minutės

8. Įvertinkite monofoninio garso failo, kurio garso trukmė 1 minutė, informacijos garsumą. jei kodavimo „gylis“ ir garso signalo atrankos dažnis yra atitinkamai vienodi:
a) 16 bitų ir 8 kHz;
b) 16 bitų ir 24 kHz.

(, p. 76, Nr. 2.82)

Sprendimas:

A).
16 bitų x 8 000 = 128 000 bitų = 16 000 baitų = 15,625 KB/s
15,625 KB/s x 60 s = 937,5 KB

b).
1) 1 sekundę trunkančio garso failo informacijos apimtis yra lygi:
16 bitų x 24 000 = 384 000 bitų = 48 000 baitų = 46,875 KB/s
2) 1 minutę trunkančio garso failo informacijos apimtis yra lygi:
46,875 KB/s x 60 s = 2812,5 KB = 2,8 MB

Atsakymas: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB

Lygis "5"

Naudojama 1 lentelė

9. Kiek atminties reikia norint išsaugoti skaitmeninį garso failą su aukštos kokybės garso įrašu, jei grojimo laikas yra 3 minutės? (, p. 157, nr. 92)

Sprendimas:

Aukšta garso kokybė pasiekiama esant 44,1 kHz atrankos dažniui ir 16 garso adapterio bitų gyliui.
Atminties talpos apskaičiavimo formulė: (įrašymo laikas sekundėmis) x (garso plokštės talpa baitais) x (atrankos dažnis):
180 s x 2 x 44100 Hz = 15876000 baitų = 15,1 MB
Atsakymas: 15,1 MB

10. Skaitmeniniame garso faile yra prastos kokybės garso įrašas (garsas tamsus ir duslus). Kokia yra failo trukmė, jei jo dydis yra 650 KB? (, p. 157, nr. 93)

Sprendimas:

Niūriam ir dusliam garsui būdingi šie parametrai: diskretizavimo dažnis – 11,025 KHz, garso adapterio bitų gylis – 8 bitai (žr. 1 lentelę). Tada T = A/D/I. Paverskime garsumą į baitus: 650 KB = 665600 baitų

Т=665600 baitų/11025 Hz/1 baitą ≈60,4 s

Atsakymas: garso trukmė 60,5 s

Sprendimas:

1 sekundę trunkančio garso failo informacijos apimtis yra lygi:
16 bitų x 48 000 x 2 = 1 536 000 bitų = 187,5 KB (padauginta iš 2, nes stereofoninis).

1 minutę trunkančio garso failo informacijos apimtis yra lygi:
187,5 KB/s x 60 s ≈ 11 MB

Atsakymas: 11 MB

Atsakymas: a) 940 KB; b) 2,8 MB.

12. Apskaičiuokite monofoninio garso failo grojimo laiką, jei su 16 bitų kodavimu ir 32 kHz atrankos dažniu jo garsumas yra lygus:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

(, p. 76, Nr. 2.84)

Sprendimas:

A).
1) 1 sekundę trunkančio garso failo informacijos apimtis yra lygi:

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

b).
1) 1 sekundę trunkančio garso failo informacijos apimtis yra lygi:
16 bitų x 32 000 = 512 000 bitų = 64 000 baitų = 62,5 KB/s
2) 700 KB monofoninio garso failo grojimo laikas yra:
6300 KB: 62,5 KB/s = 100,8 s = 1,68 min.

Atsakymas: a) 10 sekundžių; b) 1,5 min.

13. Apskaičiuokite, kiek informacijos baitų užima viena stereofoninio įrašo sekundė kompaktiniame diske (dažnis 44032 Hz, 16 bitų vienai vertei). Kiek laiko trunka viena minutė? Kokia yra didžiausia disko talpa (darant prielaidą, kad maksimali trukmė yra 80 minučių)? (, p. 34, pratimas Nr. 34)

Sprendimas:

Atminties dydžio apskaičiavimo formulė A= D* T* aš:
(įrašymo laikas sekundėmis) * (garso plokštės talpa baitais) * (atrankos dažnis). 16 bitų - 2 baitai.
1) 1 s x 2 x 44032 Hz = 88064 baitai (1 sekundė stereo CD įrašymas)
2) 60 s x 2 x 44032 Hz = 5283840 baitų (1 minutė stereo CD įrašymo)
3) 4800 s x 2 x 44032 Hz = 422707200 baitų = 412800 KB = 403,125 MB (80 minučių)

Atsakymas: 88064 baitai (1 sekundė), 5283840 baitai (1 minutė), 403,125 MB (80 minučių)

2. Garso kokybės nustatymas.

Norint nustatyti garso kokybę, reikia rasti diskretizavimo dažnį ir naudoti lentelę Nr

256 (28) signalo intensyvumo lygiai - radijo transliacijos garso kokybė, naudojant 65536 (216) signalo intensyvumo lygius - audio CD garso kokybė. Aukščiausios kokybės dažnis atitinka muziką, įrašytą į kompaktinį diską. Analoginio signalo dydis šiuo atveju matuojamas 44 100 kartų per sekundę.

Lygis "5"

13. Nustatyti garso kokybę (radijo transliacijos kokybę, vidutinę kokybę, garso CD kokybę), jei žinoma, kad mono garso failo, kurio garso trukmė yra 10 sekundžių, garsumas. lygus:
a) 940 KB;
b) 157 KB.

(, p. 76, Nr. 2.83)

Sprendimas:

A).
1) 940 KB = 962560 baitų = 7700480 bitų
2) 7700480 bitų: 10 sek. = 770048 bitai/s
3) 770048 bps: 16 bitų = 48128 Hz – diskretizavimo dažnis – artimas didžiausiam 44,1 kHz
Atsakymas: Audio CD kokybė

b).
1) 157 KB = 160768 baitai = 1286144 bitai
2) 1286144 bitai: 10 sek = 128614,4 bitai/s
3) 128614,4 bps: 16 bitų = 8038,4 Hz
Atsakymas: transliacijos kokybė

Atsakymas: a) CD kokybė; b) radijo transliacijos kokybė.

14. Nustatykite garso failo, kuris tilps į 3,5 colių diskelį, ilgį. Atkreipkite dėmesį, kad tokiame diskelyje duomenims saugoti yra skirti 2847 512 baitų sektoriai.
a) su žema garso kokybe: mono, 8 bitų, 8 kHz;
b) su aukšta garso kokybe: stereo, 16 bitų, 48 kHz.

(, p. 77, Nr. 2.85)

Sprendimas:

A).

8 bitai x 8 000 = 64 000 bitų = 8 000 baitų = 7,8 KB/s
3) Mono garso failo, kurio tūris yra 1423,5 KB, grojimo laikas yra lygus:
1423,5 KB: 7,8 KB/s = 182,5 s ≈ 3 min.

b).
1) Diskelio informacijos tūris yra lygus:
2847 sektoriai x 512 baitų = 1457664 baitai = 1423,5 KB
2) 1 sekundę trunkančio garso failo informacijos apimtis yra lygi:
16 bitų x 48 000 x 2 = 1 536 000 bitų = 192 000 baitų = 187,5 KB/s
3) Stereo garso failo, kurio tūris yra 1423,5 KB, grojimo laikas yra lygus:
1423,5 KB: 187,5 KB/s = 7,6 s

Atsakymas: a) 3 minutės; b) 7,6 sekundės.

3. Dvejetainis garso kodavimas.

Spręsdamas problemas, jis naudoja šią teorinę medžiagą:

Norint užkoduoti garsą, analoginis signalas parodytas paveikslėlyje

plokštuma skirstoma į vertikalias ir horizontalias linijas. Vertikalus skaidymas yra analoginio signalo atranka (signalo matavimo dažnis), horizontalusis skaidymas yra kvantavimas pagal lygį. Tai yra, kuo smulkesnis tinklelis, tuo geriau apytikslis analoginis garsas naudojant skaičius. Aštuonių bitų kvantavimas naudojamas įprastai kalbai (telefoniniam pokalbiui) ir trumpųjų bangų radijo perdavimui skaitmeninti. Šešiolikos bitų – muzikos ir VHF (ultra trumpųjų bangų) radijo transliacijų skaitmeninimui.

Lygis "3"

15. Analoginis garso signalas pirmiausia buvo atrinktas naudojant 256 signalo intensyvumus (transliuojamo garso kokybė), o vėliau naudojant 65 536 signalo intensyvumus (garso CD garso kokybė). Kiek kartų skiriasi suskaitmeninto garso informacijos tūriai? (, p. 77, Nr. 2.86)

Sprendimas:

Analoginio signalo, naudojant 256 signalo intensyvumo lygius, kodo ilgis yra 8 bitai, o naudojant 65536 signalo intensyvumo lygius – 16 bitų. Kadangi vieno signalo kodo ilgis padvigubėjo, suskaitmeninto garso informacijos apimtis skiriasi 2 kartus.

Atsakymas: 2 kartus.

lygis "4"

16. Remiantis Nyquist-Kotelnikovo teorema, norint, kad analoginis signalas būtų tiksliai atkurtas pagal jo atskirą atvaizdą (iš jo pavyzdžių), diskretizavimo dažnis turi būti bent du kartus didesnis už maksimalų to signalo garso dažnį.

· Koks turėtų būti žmogaus suvokiamo garso atrankos dažnis?

· Kas turėtų būti didesnis: kalbos atrankos dažnis ar simfoninio orkestro atrankos dažnis?

Tikslas: Supažindinti studentus su aparatinės ir programinės įrangos, skirtos darbui su garsu, savybėmis. Veiklos rūšys: žinių pritraukimas iš fizikos kurso (arba darbas su žinynais). (, p. ??, 2 užduotis)

Sprendimas:

Manoma, kad žmonių girdimų dažnių diapazonas yra nuo 20 Hz iki 20 kHz. Taigi, remiantis Nyquist-Kotelnikovo teorema, norint, kad analoginis signalas būtų tiksliai atkurtas pagal jo atskirą atvaizdą (iš jo pavyzdžių), Atrankos dažnis turi būti bent du kartus didesnis už maksimalų to signalo garso dažnį. Maksimalus garso dažnis, kurį žmogus gali girdėti, yra 20 KHz, o tai reiškia, kad įrenginys Ra ir programinė įranga turi užtikrinti ne mažesnį kaip 40 kHz, tiksliau 44,1 kHz, diskretizavimo dažnį. Kompiuterinis simfoninio orkestro garso apdorojimas reikalauja didesnio atrankos dažnio nei kalbos apdorojimas, nes simfoninio orkestro dažnių diapazonas yra daug didesnis.

Atsakymas: ne mažiau kaip 40 kHz, simfoninio orkestro diskretizavimo dažnis yra didesnis.

Lygis "5"

17. Paveikslėlyje parodytas diktofono įrašytas 1 sekundės kalbos garsas. Užkoduokite jį dvejetainiu skaitmeniniu kodu, kurio dažnis yra 10 Hz, o kodo ilgis - 3 bitai. (, p. ??, 1 užduotis)

Sprendimas:

Kodavimas 10 Hz reiškia, kad turime matuoti žingsnį 10 kartų per sekundę. Parinkime vienodo atstumo laiko momentus:

3 bitų kodo ilgis reiškia 23 = 8 kvantavimo lygius. Tai yra, kaip skaitmeninį garso aukščio kodą kiekvienu pasirinktu laiko momentu, galime nustatyti vieną iš šių derinių: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Yra tik 8 todėl garso aukštį galima išmatuoti 8 „lygiais“:

Mes „apvalinsime“ žingsnio reikšmes iki artimiausio žemesnio lygio:

Naudodami šį kodavimo metodą gauname tokį rezultatą (įtraukiami tarpai, kad būtų lengviau suvokti): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Pastaba. Patartina atkreipti mokinių dėmesį į tai, kaip netiksliai kodas perteikia amplitudės pokytį. Tai yra, 10 Hz diskretizavimo dažnis ir 23 (3 bitų) kvantavimo lygis yra per mažas. Paprastai garsui (balsui) pasirenkamas 8 kHz diskretizavimo dažnis, ty 8000 kartų per sekundę, o kvantavimo lygis – 28 (8 bitų kodas).

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

18. Paaiškinkite, kodėl kvantavimo lygis kartu su diskretizavimo dažniu yra pagrindinės garso atvaizdavimo kompiuteryje charakteristikos. Tikslai:įtvirtinti mokinių supratimą apie sąvokas „duomenų vaizdavimo tikslumas“, „matavimo paklaida“, „atvaizdavimo klaida“; Peržiūrėkite dvejetainį kodavimą ir kodo ilgį su mokiniais. Veiklos pobūdis: darbas su sąvokų apibrėžimais. (, p. ??, 3 užduotis)

Sprendimas:

Geometrijoje, fizikoje ir technologijoje yra „matavimo tikslumo“ sąvoka, kuri yra glaudžiai susijusi su „matavimo paklaidos“ sąvoka. Tačiau yra ir koncepcija „vaizdavimo tikslumas“. Pavyzdžiui, apie žmogaus ūgį galime pasakyti, kad jis yra: a) apie. 2 m, b) šiek tiek daugiau nei 1,7 m, c) lygus 1 m 72 cm, d) lygus 1 m 71 cm 8 mm. Tai reiškia, kad išmatuotam aukščiui nurodyti gali būti naudojami 1, 2, 3 arba 4 skaitmenys.
Tas pats pasakytina ir apie dvejetainį kodavimą. Jei tam tikru laiko momentu garso tonui įrašyti naudojami tik 2 bitai, tada, net jei matavimai buvo tikslūs, gali būti perduodami tik 4 lygiai: žemas (00), žemesnis už vidutinį (01), didesnis nei vidutinis ( 10), aukštas (11). Jei naudojate 1 baitą, galite perkelti 256 lygius. Kaip aukštesnis kvantavimo lygis, arba, kuris yra toks pat kaip Kuo daugiau bitų skiriama išmatuotai reikšmei įrašyti, tuo tiksliau ši vertė perduodama.

Pastaba. Atkreiptinas dėmesys, kad matavimo priemonė turi palaikyti ir pasirinktą kvantavimo lygį (nėra prasmės vaizduoti liniuote išmatuotą ilgį decimetro padalomis milimetro tikslumu).

Atsakymas: kuo aukštesnis kvantavimo lygis, tuo tiksliau perduodamas garsas.

Literatūra:

[ 1] Informatika. Probleminė knyga-dirbtuvės 2 tomuose /Red. ,: 1 tomas. – Pagrindinių žinių laboratorija, 1999 – 304 p.: iliustr.

Informatikos ir informacinių technologijų seminaras. Vadovėlis ugdymo įstaigoms / , . – M.: Binomas. Žinių laboratorija, 2002. 400 p.: iliustr.

Informatika mokykloje: Žurnalo „Informatika ir edukacija“ priedas. Nr. 4 - 2003. - M.: Švietimas ir informatika, 2003. - 96 p.: iliustr.

Ir tt Informacinė kultūra: informacijos kodavimas. Informaciniai modeliai. 9-10 klasės: Vadovėlis bendrojo ugdymo įstaigoms. - 2 leidimas. - M.: Bustard, 1996. - 208 p.: iliustr.

Senokosovas apie informatiką moksleiviams. - Jekaterinburgas: "U-Factoria", 2003. - 346. p54-56.

Garso informacijos kodavimas

Garsas– tai ore, vandenyje ar kitoje terpėje sklindančios bangos, kurių intensyvumas ir dažnis nuolat kinta.

Kuo didesnė signalo amplitudė, tuo jis garsesnis žmonėms; Kuo didesnis signalo dažnis, tuo aukštesnis tonas.

Tipinės tūrio vertės:

Garso skaitmeninimas

Skaitmeninis garsas yra analoginis garso signalas, vaizduojamas atskiromis skaitinėmis jo amplitudės reikšmėmis.

Garso skaitmeninimas- analoginio garso signalo konvertavimo į skaitmeninę formą technologija.

Jį sudaro signalo amplitudės matavimas tam tikru laiko žingsniu ir gautų verčių įrašymas skaitine forma. Kitas garso skaitmeninimo pavadinimas yra garso konvertavimas iš analoginio į skaitmeninį.

Garso atrankos dažnis yra garso stiprumo matavimų skaičius per vieną sekundę.

Garso atrankos dažnis gali svyruoti nuo 8 000 iki 48 000 garso garsumo matavimų per sekundę.

Garso kodavimo gylis yra informacijos kiekis, reikalingas atskiriems skaitmeninio garso garsumo lygiams koduoti.

Jei kodavimo gylis yra žinomas, tada skaitmeninių garso lygių skaičių galima apskaičiuoti pagal formulę N = 2 R. Tegul garso kodavimo gylis yra 16 bitų, tada garso garsumo lygių skaičius yra lygus:

N = 2 R = 2 16 = 65 536.

Kodavimo proceso metu kiekvienam garso stiprumo lygiui priskiriamas savas 16 bitų dvejetainis kodas, žemiausias garso lygis atitiks kodą 0000000000000000, o aukščiausias - 1111111111111111.

Garso failo dydis

I=f×R×N×t, Kur

f – diskretizavimo dažnis (Hz)

R – kodavimo gylis (bito gylis)

N – kanalų skaičius (1 – mono, 2 – stereo…)

t – žaidimo laikas (s)

Galite įvertinti stereofoninio garso failo, trunkančio 1 sekundę, informacijos apimtį su aukšta 16 bitų, 48 kHz garso kokybe.

48000 Hz × 16 bitų × 2 × 1 = 1536 000 bitų = 192 000 baitų = 187,5 kB

Namų darbai:

1. Vieno kanalo (mono) garso įrašymas atliekamas 22 kHz atrankos dažniu ir 16 bitų kodavimo gyliu. Įrašymas trunka 2 minutes, jo rezultatai įrašomi į failą, duomenų glaudinimas neatliekamas. Koks failo dydis?

2. Dviejų kanalų (stereo) garso įrašymas 16 kHz diskretizavimo dažniu ir 32 bitų raiška buvo atliktas 5 minutes. Duomenų suspaudimas nebuvo atliktas. Koks yra gauto failo dydis?

3. Dviejų kanalų (stereo) garso įrašymas atliktas 64 kHz diskretizavimo dažniu ir 24 bitų raiška. Rezultatas buvo 72 MB failas; duomenų suspaudimas nebuvo atliktas. Nustatykite, kiek apytiksliai (minutėmis) vyko įrašymas. Kaip atsakymą nurodykite sveikąjį skaičių, artimiausią įrašymo laikui.