Al resolver problemas, los estudiantes se basan en los siguientes conceptos:
Discretización Temporal - un proceso en el que, durante la codificación de una señal de audio continua, una onda de sonido se divide en pequeñas secciones de tiempo separadas, y para cada una de esas secciones se establece un cierto valor de amplitud. Cuanto mayor sea la amplitud de la señal, más fuerte será el sonido.
Profundidad de audio (profundidad de codificación) - número de bits por codificación de audio.
Niveles de volumen (niveles de señal)- el sonido puede tener diferentes niveles de volumen. El número de niveles de volumen diferentes se calcula mediante la fórmula norte = 2 yo dónde yo - profundidad del sonido.
Frecuencia de muestreo – el número de mediciones del nivel de la señal de entrada por unidad de tiempo (por 1 segundo). Cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo, más preciso será el procedimiento de codificación binaria. La frecuencia se mide en hercios (Hz). 1 medida en 1 segundo -1 Hz.
1000 medidas en 1 segundo 1 kHz. Indique la frecuencia de muestreo con la letra D. Para la codificación, elija una de las tres frecuencias: 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.
Se cree que el rango de frecuencia que escucha una persona es de20 Hz a 20 kHz .
Calidad de codificación binaria - un valor que está determinado por la profundidad de codificación y la tasa de muestreo.
Adaptador de audio (tarjeta de sonido) - un dispositivo que convierte las vibraciones eléctricas de la frecuencia del sonido en un código binario numérico cuando se ingresa sonido y viceversa (de un código numérico a vibraciones eléctricas) cuando se reproduce sonido.
Especificaciones del adaptador de audio: frecuencia de muestreo y profundidad de bit de registro).
Capacidad de registro - el número de bits en el registro del adaptador de audio. Cuanto mayor sea la profundidad de bits, menor será el error de cada conversión individual de la magnitud de la corriente eléctrica en un número y viceversa. Si la profundidad de bits es yo , luego al medir la señal de entrada, 2 yo = norte valores diferentes.
Tamaño de archivo de audio mono digital ( A ) se mide por la fórmula:
A = D * T * yo /8 , dónde D – frecuencia de muestreo (Hz), T – tiempo de sonido o grabación de sonido, yo profundidad de bits del registro (resolución). Esta fórmula mide el tamaño en bytes.
Tamaño de archivo de audio estéreo digital ( A ) se mide por la fórmula:
A =2* D * T * yo /8 , la señal se graba para dos altavoces, ya que los canales de sonido izquierdo y derecho se codifican por separado.
Es útil que los estudiantes den tabla 1, que muestra cuántos MB ocupará el minuto codificado de información de audio a diferentes frecuencias de muestreo:
Frecuencia de muestreo, kHz
44,1
22,05
11,025
estéreo de 16 bits
10,1 MB
5,05 MB
2,52 MB
mono de 16 bits
5,05 MB
2,52 MB
1,26 MB
mono de 8 bits
2,52 MB
1,26 MB
630 Kb
1. Tamaño del archivo digital
Nivel 3"
1. Determinar el tamaño (en bytes) de un archivo de audio digital cuyo tiempo de reproducción es de 10 segundos a una frecuencia de muestreo de 22,05 kHz y una resolución de 8 bits. El archivo no está comprimido. (, página 156, ejemplo 1)
Solución:
Fórmula para calcular el tamaño.(en bytes) archivo de audio digital: A = D * T * yo /8.
Para convertir a bytes, el valor resultante debe dividirse por 8 bits.
22,05 kHz = 22,05 * 1000 Hz = 22050 Hz
A = D * T * yo /8 = 22050 x 10 x 8/8 = 220500 bytes.
Respuesta: el tamaño del archivo es de 220500 bytes.
2. Determine la cantidad de espacio de almacenamiento para un archivo de audio digital que tiene un tiempo de reproducción de dos minutos con una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz y una resolución de 16 bits. (, pág. 157, núm. 88)
Solución:
A = D * T * yo /ocho. – la cantidad de memoria para almacenar el archivo de audio digital.
44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (bit) / 8 (bit) = 10584000 bytes = 10335,9375 KB = 10,094 MB.
Respuesta: ≈ 10 Mb
Nivel 4"
3. El usuario dispone de una memoria de 2,6 MB. Necesitas grabar un archivo de audio digital con una duración de 1 minuto. ¿Cuál debería ser la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits? (, pág. 157, núm. 89)
Solución:
Fórmula para calcular la frecuencia de muestreo y la profundidad de bits:D* yo=A/T
(memoria en bytes) : (tiempo de reproducción en segundos):
2,6 MB = 2726297,6 bytes
D* yo=A/T= 2726297,6 bytes: 60 = 45438,3 bytes
re= 45438.3 bytes : YO
La profundidad de bits del adaptador puede ser de 8 o 16 bits. (1 byte o 2 bytes). Por lo tanto, la frecuencia de muestreo puede ser o 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1kHz– frecuencia de muestreo característica estándar, o 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05kHz- frecuencia de muestreo característica estándar
Responder:
4. La cantidad de espacio libre en disco es de 5,25 MB, la profundidad de bits de la tarjeta de sonido es de 16. ¿Cuál es la duración del sonido de un archivo de audio digital grabado con una frecuencia de muestreo de 22,05 kHz? (, pág. 157, núm. 90)Solución:
Fórmula para calcular la duración del sonido: T \u003d A / D / I
(tamaño de la memoria en bytes) : (frecuencia de muestreo en Hz) : (profundidad de bits de la tarjeta de sonido en bytes):
5,25 MB = 5505024 bytes
5505024 bytes: 22050 Hz: 2 bytes = 124,8 s
Respuesta: 124,8 segundos
5. Un minuto de grabación de un archivo de audio digital ocupa 1,3 MB en el disco, la profundidad de bits de la tarjeta de sonido es 8. ¿Cuál es la frecuencia de muestreo del sonido? (, pág. 157, núm. 91)
Solución:
La fórmula para calcular la frecuencia de muestreo es: D=A/T/ yo
(tamaño de la memoria en bytes) : (tiempo de grabación en segundos) : (profundidad de bits de la tarjeta de sonido en bytes)
1,3 MB = 1363148,8 bytes
1363148,8 bytes: 60:1 = 22719,1 Hz
Respuesta: 22,05 kHz
6. Dos minutos de grabación de audio digital ocupan 5,1 MB de espacio en disco. Frecuencia de muestreo - 22050 Hz. ¿Cuál es el bitness del adaptador de audio? (, pág. 157, núm. 94)
Solución:
La fórmula para calcular la profundidad de bits es: (memoria en bytes): (tiempo de reproducción en segundos): (frecuencia de muestreo):
5, 1 MB = 5347737,6 bytes
5347737,6 bytes: 120 s: 22050 Hz = 2,02 bytes = 16 bits
Respuesta: 16 bits
7. La cantidad de memoria libre en el disco es de 0,01 GB, la profundidad de bits de la tarjeta de sonido es de 16. ¿Cuál es la duración del sonido de un archivo de audio digital grabado con una frecuencia de muestreo de 44100 Hz? (, pág. 157, núm. 95)
Solución:
La fórmula para calcular la duración del sonido T \u003d A / D / I
(tamaño de la memoria en bytes) : (frecuencia de muestreo en Hz) : (profundidad de bits de la tarjeta de sonido en bytes)
0,01 GB = 10737418,24 bytes
10737418,24 bytes: 44100: 2 = 121,74 s = 2,03 min
Respuesta: 20,3 minutos
8.
Estime el volumen de información de un archivo de audio mono con una duración de 1 minuto. si la "profundidad" de la codificación y la frecuencia de muestreo de la señal de audio son iguales, respectivamente:
a) 16 bits y 8 kHz;
b) 16 bits y 24 kHz.
(, pág. 76, núm. 2.82)
Solución:
a).
16 bits x 8000 = 128 000 bits = 16 000 bytes = 15,625 KB/s
15,625 KB/s x 60 s = 937,5 KB
b).
1) El volumen de información de un archivo de sonido con una duración de 1 segundo es igual a:
16 bits x 24 000 = 384 000 bits = 48 000 bytes = 46,875 KB/s
2) El volumen de información de un archivo de sonido con una duración de 1 minuto es igual a:
46,875 KB/s x 60 s = 2812,5 KB = 2,8 MB
Respuesta: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB
Nivel 5"
Se utiliza la tabla 1
9. ¿Cuánto espacio de almacenamiento se requiere para almacenar un archivo de audio digital de alta calidad con un tiempo de reproducción de 3 minutos? (, pág. 157, núm. 92)
Solución:
Se logra una alta calidad de sonido con una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz y una profundidad de bits del adaptador de audio de 16.
La fórmula para calcular la cantidad de memoria es: (tiempo de grabación en segundos) x (profundidad de bits de la tarjeta de sonido en bytes) x (frecuencia de muestreo):
180 s x 2 x 44100 Hz = 15876000 bytes = 15,1 MB
Respuesta: 15,1 MB
10. El archivo de audio digital contiene una grabación de audio de baja calidad (el sonido es oscuro y amortiguado). ¿Cuál es la duración del sonido de un archivo si su volumen es de 650 KB? (, pág. 157, núm. 93)
Solución:
Para un sonido sombrío y apagado, los siguientes parámetros son característicos: frecuencia de muestreo: 11,025 kHz, profundidad de bits del adaptador de audio: 8 bits (consulte la tabla 1). Entonces T =A/D/I. Traduzcamos el volumen a bytes: 650 KB = 665600 bytes
T=665600 bytes/11025 Hz/1 byte ≈60,4 s
Respuesta: la duración del sonido es de 60,5 s
Solución:
El volumen de información de un archivo de sonido con una duración de 1 segundo es igual a:
16 bits x 48 000 x 2 = 1 536 000 bits = 187,5 KB (multiplicado por 2 desde estéreo).
El volumen de información de un archivo de sonido con una duración de 1 minuto es igual a:
187,5 KB/s x 60 s ≈ 11 MB
Respuesta: 11MB
Respuesta: a) 940 KB; b) 2,8 MB.
12.
Calcula el tiempo de reproducción de un archivo de audio mono si, con codificación de 16 bits y una frecuencia de muestreo de 32 kHz, su volumen es igual a:
a) 700 KB;
b) 6300 KB
(, pág. 76, núm. 2.84)
Solución:
a).
1) El volumen de información de un archivo de sonido con una duración de 1 segundo es igual a:
700 KB: 62,5 KB/s = 11,2 s
b).
1) El volumen de información de un archivo de sonido con una duración de 1 segundo es igual a:
16 bits x 32 000 = 512 000 bits = 64 000 bytes = 62,5 KB/s
2) El tiempo de reproducción de un archivo de audio mono de 700 KB es:
6300 KB: 62,5 KB/s = 100,8 s = 1,68 min
Respuesta: a) 10 segundos; b) 1,5 min.
13. Calcula cuántos bytes de información ocupa un solo segundo de una grabación estéreo en un CD (frecuencia 44032 Hz, 16 bits por valor). ¿Cuánto dura un minuto? ¿Cuál es la capacidad máxima del disco (suponiendo una duración máxima de 80 minutos)? (, p. 34, ejercicio No. 34)
Solución:
Fórmula para calcular la cantidad de memoriaA
=
D
*
T
*
yo
:
(tiempo de grabación en segundos) * (profundidad de bits de la tarjeta de sonido en bytes) * (frecuencia de muestreo). 16 bits - 2 bytes.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 bytes (1 segundo CD estéreo)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 bytes (CD estéreo de 1 minuto)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 bytes = 412800 KB = 403,125 MB (80 minutos)
Respuesta: 88064 bytes (1 segundo), 5283840 bytes (1 minuto), 403,125 MB (80 minutos)
2. Definición de calidad de sonido.
Para determinar la calidad del sonido, debe encontrar la frecuencia de muestreo y usar la tabla No. 1
256 (2 8) niveles de intensidad de señal - calidad de sonido de transmisión de radio, usando 65536 (2 16) niveles de intensidad de señal - calidad de sonido de CD de audio. La frecuencia de mayor calidad corresponde a la música grabada en el CD. La magnitud de la señal analógica se mide en este caso 44.100 veces por segundo.
Nivel 5"
13. Determine la calidad del sonido (calidad de transmisión, calidad media, calidad de CD de audio) si sabe que el volumen de un archivo de audio mono con una duración de sonido de 10 segundos. es igual a:
a) 940 KB;
b) 157 KB.
(, pág. 76, núm. 2.83)
Solución:
a).
1) 940 KB = 962560 bytes = 7700480 bits
2) 7700480 bps: 10 segundos = 770048 bps
3) 770048 bps: 16 bits = 48128 Hz - frecuencia de muestreo - cerca de los 44,1 kHz más altos
Respuesta: calidad de CD de audio
b).
1) 157 KB = 160768 bytes = 1286144 bits
2) 1286144 bits: 10 segundos = 128614,4 bps
3) 128614,4 bps: 16 bits = 8038,4 Hz
Respuesta: calidad de transmisión
Respuesta: a) calidad de CD; b) la calidad de la emisión.
14. Determine la longitud del archivo de sonido que cabrá en un disquete de 3,5”. Tenga en cuenta que se asignan 2847 sectores de 512 bytes para el almacenamiento de datos en dicho disquete.
a) con baja calidad de sonido: mono, 8 bits, 8 kHz;
b) con alta calidad de sonido: estéreo, 16 bits, 48 kHz.
(, pág. 77, núm. 2.85)
Solución:
a).
8 bits x 8000 = 64 000 bits = 8000 bytes = 7,8 KB/s
3) El tiempo de reproducción de un archivo de audio mono de 1423,5 KB es:
1423,5 KB: 7,8 KB/s = 182,5 s ≈ 3 min
b).
1) El volumen de información de un disquete es igual a:
2847 sectores x 512 bytes = 1457664 bytes = 1423,5 KB
2) El volumen de información de un archivo de sonido con una duración de 1 segundo es igual a:
16 bits x 48 000 x 2 = 1 536 000 bits = 192 000 bytes = 187,5 KB/s
3) El tiempo de reproducción de un archivo de audio estéreo de 1423,5 KB es:
1423,5 KB: 187,5 KB/s = 7,6 s
Respuesta: a) 3 minutos; b) 7,6 segundos.
3. Codificación de audio binario.
Al resolver problemas, utiliza el siguiente material teórico:
Para codificar audio, la señal analógica que se muestra en la figura es
el plano se divide en líneas verticales y horizontales. La división vertical es el muestreo de la señal analógica (frecuencia de medición de la señal), la división horizontal escuantización por nivel Aquellos. cuanto más fina es la cuadrícula, mejor se aproxima el sonido analógico con la ayuda de los números. La cuantificación de ocho bits se utiliza para digitalizar el habla ordinaria (conversaciones telefónicas) y las transmisiones de radio de onda corta. Dieciséis bits: para digitalizar música y transmisiones de radio VHF (onda ultracorta).
Nivel 3"
15. La señal de audio analógica se muestreó primero usando 256 niveles de intensidad de señal (calidad de sonido de transmisión) y luego usando 65536 niveles de intensidad de señal (calidad de sonido de CD de audio). ¿Cuántas veces difieren los volúmenes de información del sonido digitalizado? (, pág. 77, núm. 2.86)
Solución:
La longitud del código de señal analógica utilizando 256 niveles de intensidad de señal es de 8 bits utilizando 65536 niveles de intensidad de señal es igual a 16 bits. Dado que la longitud del código de una señal se ha duplicado, los volúmenes de información del sonido digitalizado difieren en un factor de 2.
Respuesta: 2 veces.
Nivel " 4 »
16. Según el teorema de Nyquist-Kotelnikov, para que una señal analógica se reconstruya con precisión a partir de su representación discreta (a partir de sus muestras), la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia de audio máxima de esta señal.
¿Cuál debería ser la frecuencia de muestreo del audio humano?
¿Cuál debería ser mayor: la frecuencia de muestreo del habla o la frecuencia de muestreo del sonido de una orquesta sinfónica?
Propósito: introducir a los estudiantes en las características del hardware y software para trabajar con sonido. Actividades: atraer conocimiento de un curso de física (o trabajar con libros de referencia). (, p. ??, tarea 2)
Solución:
Se cree que el rango de frecuencia que escucha una persona es de 20 Hz a 20 kHz. Por lo tanto, de acuerdo con el teorema de Nyquist-Kotelnikov, para que una señal analógica sea restaurada con precisión a partir de su representación discreta (a partir de sus muestras),la frecuencia de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia de audio máxima de esta señal. La frecuencia de sonido máxima que escucha una persona es de -20 kHz, lo que significa que el aparato ra y el software deben proporcionar una frecuencia de muestreo de al menos 40 kHz y, más precisamente, 44,1 kHz. El procesamiento por computadora del sonido de una orquesta sinfónica implica una tasa de muestreo más alta que el procesamiento del habla, ya que el rango de frecuencia en el caso de una orquesta sinfónica es mucho mayor.
Respuesta: no menos de 40 kHz, la frecuencia de muestreo de una orquesta sinfónica es mayor.
Nivel 5"
17. La figura muestra el sonido de 1 segundo de voz grabado por la grabadora. Codifíquelo en un código digital binario con una frecuencia de 10 Hz y una longitud de código de 3 bits. (, p. ??, tarea 1)
Solución:
La codificación de 10 Hz significa que tenemos que medir el tono 10 veces por segundo. Elijamos momentos equidistantes de tiempo:
La longitud del código de 3 bits significa 2 3 = 8 niveles de cuantificación. Es decir, como código numérico para el tono en cada momento seleccionado, podemos establecer una de las siguientes combinaciones: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Solo hay 8 de ellos, por lo tanto , el tono se puede medir en 8 "niveles":
Vamos a “redondear” los valores de tono al nivel inferior más cercano:
Usando este método de codificación, obtendremos el siguiente resultado (los espacios están establecidos para facilitar la lectura): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.
Nota.Es aconsejable llamar la atención de los estudiantes sobre la inexactitud con que el código transmite el cambio de amplitud. Es decir, una frecuencia de muestreo de 10 Hz y un nivel de cuantificación de 2 3 (3 bits) son demasiado pequeños. Por lo general, para el sonido (voz), seleccione una frecuencia de muestreo de 8 kHz, es decir, 8000 veces por segundo, y un nivel de cuantificación de 2 8 (código de 8 bits de largo).
Respuesta: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.
18. Explique por qué el nivel de cuantización es, junto con la frecuencia de muestreo, una de las principales características de la representación del sonido en un ordenador.Metas: consolidar la comprensión de los estudiantes de los conceptos de "exactitud de representación de datos", "error de medición", "error de representación"; revise la codificación binaria y la longitud del código con los estudiantes. Tipo de actividad: trabajo con definiciones de conceptos. (, p. ??, tarea 3)
Solución:
En geometría, física, tecnología, existe el concepto de "precisión de medida", estrechamente relacionado con el concepto de "error de medida". Pero también está el concepto"precisión de representación".
Por ejemplo, sobre la altura de una persona, se puede decir que él: a) sobre. 2 m, b) poco más de 1,7 m, c) igual a 1 m 72 cm, d) igual a 1 m 71 cm 8 mm. Es decir, se pueden utilizar 1, 2, 3 o 4 dígitos para indicar el crecimiento medido.
Lo mismo es cierto para la codificación binaria. Si solo se utilizan 2 bits para registrar el tono en un momento determinado, incluso si las mediciones fueran precisas, solo se pueden transmitir 4 niveles: bajo (00), por debajo del promedio (01), por encima del promedio (10), alto (11). Si usa 1 byte, puede transferir 256 niveles. Cómomayor nivel de cuantificación
, o, que es lo mismo queCuantos más bits se asignan para registrar el valor medido, con mayor precisión se transmite el valor.
Nota.Cabe señalar que la herramienta de medición también debe admitir el nivel de cuantificación seleccionado (no tiene sentido representar la longitud medida con una regla con divisiones decimétricas con precisión milimétrica).
Respuesta: cuanto mayor sea el nivel de cuantificación, con mayor precisión se transmitirá el sonido.
Literatura:
[ 1] Informática. Cuaderno-taller en 2 tomos / Ed. YO G. Semakina, E. K. Henner: Volumen 1. - Laboratorio de conocimientos básicos, 1999 - 304 p.: il.
Taller de Informática y Tecnologías de la Información. Libro de texto para instituciones educativas / N.D. Ugrinovich, L. L. Bosova, NI Mijailov. – M.: Binom. Laboratorio del Saber, 2002. 400 p.: il.
Informática en la escuela: Suplemento a la revista “Informática y Educación”. N° 4 - 2003. - M.: Educación e Informática, 2003. - 96 p.: il.
Kushnirenko A.G., Leonov A.G., Epictetov M.G. et al.. Cultura de la información: codificación de la información. modelos de información. Grade 9-10: Un libro de texto para instituciones de educación general. - 2ª ed. - M.: Avutarda, 1996. - 208 p.: il.
Gein A.G., Senokosov A.I. Manual de informatica para escolares. - Ekaterimburgo: "U-Factoria", 2003. - 346. p54-56.
Opción 1
Trabajo de laboratorio
"Codificación y procesamiento de información sonora"
Metas:
educativo
educativo -
desarrollando -
Progreso:
Decidir
Nombre del archivo
f - frecuencia de muestreo
k - profundidad del sonido
tiempo de sonido t
Tipo de archivo
44,1kHz
16 bits
1 minuto
estéreo
1.onda
8kHz
8 bits
1 minuto
mononucleosis infecciosa
2.wav
16kHz
16 bits
1 minuto
estéreo
3.wav
24kHz
16 bits
1 minuto
mononucleosis infecciosa
4. wav
32kHz
16 bits
1 minuto
estéreo
para tareas 7-9
5.onda
Muestre la tabla completa al maestro.
Iniciar editor de sonidoAudacia .
Recortar sonido del archivo que se le ofrece hasta 1 minuto, habiendo seleccionado el período de tiempo necesario, ejecute el comando Editar - Recortar en los bordes.
Convertir onda .
En el editor de sonido Audacia Por ejemplo
Comparar
Entregar informe al maestro para su revisión.
Opción 2
Trabajo de laboratorio
"Codificación de audio"
Metas:
educativo- garantizar la formación y el uso por parte de los estudiantes de conocimientos sobre la codificación de información de audio usando una computadora, así como habilidades para su procesamiento usando software de aplicación;
educativo - cultivar la atención, la precisión, la independencia;
desarrollando - habilidades en el uso de software de aplicación; habilidad para resolver problemas de información.
Requisitos de hardware y software: auriculares, archivos de sonido para estudiantes, editor de sonido Audacity, OC Windows Sound Recorder.
Progreso:
Decidir tareas de la siguiente tabla.
Encuentra la cantidad de información de audio usando la fórmula V = f *k *t , donde
f - frecuencia de muestreo, k - profundidad del sonido, t - tiempo de sonido
Presentar la solución de problemas en forma de tabla.
En la columna "Volumen estimado del archivo de sonido", escriba usted mismo las respuestas de los problemas resueltos. Dé su respuesta en megabytes.
Nombre del archivo
f - frecuencia de muestreo
k - profundidad del sonido
tiempo de sonido t
Tipo de archivo
Tamaño estimado del archivo de audio
Volumen real del archivo de sonido
44,1kHz
16 bits
45 segundos
estéreo
1.onda
8kHz
8 bits
45 segundos
estéreo
2.wav
1 1,025kHz
16 bits
45 segundos
mononucleosis infecciosa
3.wav
24kHz
Iniciar editor de sonidoAudacia .
Recortar sonido del archivo que se le ofrece hasta 45 segundos, habiendo seleccionado el período de tiempo necesario, ejecute el comando Editar - Recortar en los bordes.
Convertir archivo propuesto a un archivo con la extensión onda . Guarde este archivo con el mismo nombre.
En el editor de sonido Audacia crear efectos para el archivo de sonido propuesto. Por ejemplo, hace que los últimos 10 segundos del archivo desaparezcan
Divida una pista estéreo y luego elimine una de las pistas. Convierta este archivo de estéreo a mono. Guarde este archivo con un nuevo nombre y extensión wav.
Comparar tamaños de archivo Rellene la tabla con datos.
Entregar informe al maestro para su revisión.
Enviar su buen trabajo en la base de conocimiento es simple. Utilice el siguiente formulario
Los estudiantes, estudiantes de posgrado, jóvenes científicos que utilizan la base de conocimientos en sus estudios y trabajos le estarán muy agradecidos.
Publicado en http://www.allbest.ru/
Lección práctica
Trabaja con el sistema de sonido de la PC. Cálculo del volumen de información del sonido codificado
Objetivo: Familiarízate con los sistemas de altavoces de la computadora. Aprenda a encontrar el volumen de información del sonido codificado.
ser capaz de:
Elegir una configuración racional de equipos de acuerdo con la tarea a resolver;
Determinar la compatibilidad de hardware y software;
Realizar actualizaciones de hardware.
Como resultado del trabajo práctico, el alumno deberá saber:
Elementos estructurales básicos de instalaciones informáticas;
Dispositivos periféricos de tecnología informática;
Periféricos no estándar.
parte teórica
El equipo de sonido es un elemento indispensable de todo complejo audiovisual. El sistema de sonido incluye necesariamente fuentes de sonido y sistemas acústicos. También puede incluir equipos para amplificar, mezclar y procesar señales de audio. Los elementos de los sistemas de conferencias, sistemas de congresos, sistemas de registro se pueden atribuir al sistema de acompañamiento de sonido.
Las fuentes de información de audio pueden ser:
· dispositivos de reproducción (reproductores de DVD, sintonizadores de TV, etc.);
· equipo de cómputo (laptops, media server, etc.);
· micrófonos de hilo y radio, consolas de micrófonos de sistemas de congresos, equipos para traducción simultánea;
sistemas de audio y videoconferencia;
dispositivos de registro.
Para una correcta grabación y reproducción del sonido, el sistema de sonido incluye dispositivos de amplificación, mezcla y procesamiento de la señal.
Plataforma de audio digital es un módulo pequeño que reemplaza un gabinete completo con dispositivos analógicos similares, elimina la necesidad de un sistema de conmutación complejo, tiene una interfaz de configuración y control conveniente y es mucho más económico que una solución analógica.
sintonizador - un dispositivo de abonado personal que sirve para aislar y demodular una señal. sintonizador de TV- un tipo de sintonizador diseñado para recibir una señal de televisión en varios formatos de transmisión con una pantalla en una computadora o simplemente en un monitor separado.
Según el diseño, los sintonizadores de TV son externo(conectado a la computadora a través de USB o entre la computadora y la pantalla a través de un cable de video) y Doméstico(insertado en una ranura ISA, PCI o PCI-Express).
Tarjeta de sonido - equipo de PC adicional que le permite procesar el sonido. En las computadoras modernas, las tarjetas de sonido están representadas por un códec integrado en la placa base.
archivos de sonido - archivos que contienen una grabación digital de datos de audio. Hay dos tipos principales de archivos de sonido: sonido digitalizado y notación musical. Los archivos de sonido son una parte integral de la multimedia.
Hay archivos de sonido de varios formatos:
· midi - grabación de obras musicales en forma de comandos al sintetizador; los archivos de música son compactos, la voz humana no se reproduce.
· WAV - formato de audio universal que almacena información completa sobre el audio digitalizado.
· parlamentario3 - un formato de compresión de información de audio con pérdida de información ajustable que le permite comprimir archivos varias veces según la tasa de bits especificada. Incluso con la tasa de bits más alta, 320 Kbps, proporciona cuatro veces la compresión en comparación con los CD.
· MONO- formato para comprimir información de audio sin pérdida de información.
Archivos de audio digitalizados - archivos de audio en los que la forma de onda continua (analógica) original se registra como una secuencia de valores discretos cortos de las amplitudes de la señal de audio, medidos a intervalos regulares y con un intervalo muy pequeño entre ellos. El proceso de reemplazar una señal continua con una secuencia de sus valores se llama discretización, y esta forma de escribir - código de pulso Hay dos tipos de archivos de audio digitalizados: con y sin título.
Archivos de notación- archivos de sonido que contienen una secuencia de comandos que indican qué nota, qué instrumento y durante cuánto tiempo tocar en un momento u otro.
Considerar los principales estándares para audio multicanal.
dolby estereo- un estándar para la tecnología de grabación de sonido de películas digitales para cines que permite codificar cuatro canales en dos bandas sonoras de película: izquierda, central, derecha y trasera. El decodificador convierte la señal leída de la película en una señal de cuatro canales, lo que produce el efecto de sonido envolvente. Sin un decodificador, el sonido se reproduce como estéreo normal de dos canales.
Sonido envolvente Dolby (DSS)- un sistema que permite seleccionar tres canales de audio a partir de una señal codificada de dos canales: izquierdo, derecho y posterior. La señal leída de la película se decodifica en una señal de tres canales. En ausencia de un decodificador, se reproduce el sonido estéreo normal de dos canales.
Dolby Pro-Logic (DPL)- un sistema que permite seleccionar cuatro canales de audio a partir de una señal codificada de dos canales: izquierdo, central, derecho y posterior. El sistema utiliza un altavoz de canal central opcional que ancla el diálogo a la pantalla, mientras que el efecto envolvente se reproduce a través de los canales traseros.
Dolby Digital es un estándar para decodificar audio multicanal en el que el sonido está representado por seis canales separados: cinco canales envolventes (izquierdo, derecho, central y dos frontales) y un canal de baja frecuencia (subwoofer). La representación del sonido era originalmente digital y el rango de frecuencia se amplió de 20 Hz a 20 kHz (actualmente el rango de frecuencia es de 3 Hz a 20 kHz para cinco canales y de 3 Hz a 120 kHz para el canal del subwoofer). Este estándar es uno de los más comunes en la actualidad.
Dolbi Digital (AC-3) es el formato de audio multicanal más popular en la actualidad, adoptado como estándar de audio para discos de video DVD. Este formato totalmente digital contiene 6 canales de audio independientes, de los cuales 5 son de rango completo (30 - 20 000 Hz): tres frontales (izquierdo, central y derecho) y dos traseros, además de un subwoofer de baja frecuencia (20-120 Hz). canal. El sonido de los fonogramas grabados en formato DolbiDigital se caracteriza por una calidad de sonido muy alta: no hay ningún ruido de portador (como está claramente presente, por ejemplo, en los casetes de audio).
Dolby envolvente AC3-- una versión simplificada del estándar DolbyDigital diseñado para sistemas de cine en casa. Este estándar se diferencia del estándar Dolby Digital por velocidades de bits reducidas.
DTS (Sistema de Teatro Digital) es un estándar de sonido de seis canales, solo que con una calidad mucho mayor. La relación de compresión aquí es 4:1 y la tasa de datos (tasa de bits) es de 882 Kbps (algoritmo apt-X100). Debido a la relación de compresión más baja y al algoritmo más avanzado, la calidad del audio codificado en DTS es mucho mayor que la de DolbyDigital, pero este último estándar está más extendido debido al uso generalizado de DVD.
Dolby ProLogic II, es un desarrollo posterior de los estándares DolbyStereoProLogic, permite que el decodificador descomponga el sonido estéreo convencional en seis canales.
DolbyProLogicIIx es el siguiente paso en el desarrollo del estándar DolbyProLogic II. En este caso, está implícita la posibilidad de descomponer el sonido estéreo en siete u ocho canales. Son posibles tres modos de decodificación:
* Película (Movie) - duplicación del canal central o canales traseros;
* juego (Play): la señal solo se envía adicionalmente a los "nuevos canales";
* música (Música).
Ninguno de los modos utiliza información de los canales frontales (solo del central y trasero).
Dolby Digital EX- una variante del estándar DolbyProLogicIIx diseñado para cine en casa.
Dolby Digital Surround EX es una versión relativamente nueva del estándar DolbyDigitalSurround ampliado a 7 canales. Este estándar tiene un canal trasero más que duplica el canal central existente si el sonido original se graba en formato 5+1. Si el archivo de origen se presenta en formato 6+1, el canal adicional se convierte en otro canal envolvente completo.
DTS-ES-- este es un análogo completo del estándar DolbyDigital EX, pero de DTS. El estándar también permite la codificación de audio 6+1 y 7+1 y descompone el audio 5+1 codificado en DTS en siete u ocho canales, respectivamente.
Sonido - Estas son oscilaciones de ondas en un medio elástico. El sonido se caracteriza frecuencia(medido en hercios, 1 Hz = 1 oscilación por segundo, una persona percibe sonidos en el rango de 16 Hz a 20 kHz) y amplitud(Fuerza del sonido, la presión del sonido se mide en Pascales, el volumen del sonido percibido por una persona es de 20 μPa a 200 Pa).
Discretización temporal - este es un proceso en el que una onda de sonido se divide en pequeñas secciones de tiempo separadas, y para cada una se establece una cierta amplitud.
Frecuencia de muestreo muestra cuántas veces por segundo se mide el valor instantáneo de la señal. Si la señal se digitaliza a una frecuencia de muestreo de 44 kHz, las mediciones se realizan 44 000 veces por segundo.
El número de niveles de volumen se expresa profundidad de sonido- el número de bits utilizados para codificar un nivel.
tasa de bits- velocidad de transferencia de datos especificada durante la codificación. Puede variar de 8 a 320Kbps. Cuantos más bits de información se registren por segundo, menor será la pérdida del material original reproducido: más espacio en la memoria de la computadora ocupará el archivo MP3. La reducción de la tasa de bits provoca un deterioro de la calidad del sonido y una disminución del volumen de información del archivo de audio.
1kHz=1000Hz
1 MHz = 1000000 Hz
Número de niveles de volumen
donde i es la profundidad del sonido (bits).
Consideremos un ejemplo de cálculo del volumen de información del sonido codificado de un archivo de sonido mono.
Solución.
Para calcular el volumen de información del sonido codificado, utilizaremos la siguiente fórmula:
donde D - frecuencia de muestreo, Hz; i - profundidad de sonido, bit; T - tiempo de sondeo, s.
Obtenemos: sonido información de audio codificado por computadora
V = 5 Hz * 4 bits * 1 s = 20 bits
Consideremos un ejemplo de cálculo del volumen de información del sonido codificado de un archivo estéreo.
V= Fuerza de,
donde D - frecuencia de muestreo, Hz; i - profundidad de sonido, bit; N - número de canales (1 - mono, 2 - estéreo); T - tiempo de sonido, s.
parte práctica
1. Vuelva a dibujar la estructura del sistema de sonido de la PC en un cuaderno y marque los módulos principales en él.
2. Complete la tabla que describe los módulos del sistema de sonido para PC.
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Módulo de sistema de sonido |
Descripción, características principales |
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Grabación y reproducción |
a) Frecuencia de muestreo . Determina la frecuencia máxima de la señal grabada o reproducida. Voz humana - 6-8 kHz. Música de baja calidad - 20-25 KHz. Sonido de alta calidad: al menos 44 kHz, idealmente 48 kHz; b) Tipo y capacidad de ADC y DAC . Determina la profundidad de bits de la señal digital (8, 16, 18, 20 o 24 bits), el rango dinámico (en decibelios desde 90 dBA) y el nivel de ruido de cuantificación. La profundidad de bits del ADC y DAC de 16 o más bits le permite proporcionar un sonido de estudio de alta calidad; C) Método de codificación de audio , es decir. precisión de reproducción del sonido original, nivel de distorsión, calidad de compresión de la señal de audio; d) Capacidad para trabajar en modo Full Duplex . Aquellos. la posibilidad de grabación y reproducción simultánea de una señal de audio. Existen tres modos de transmisión de datos sobre cualquier canal que determinan la dirección de transmisión de la señal: simplex (s), half duplex (y o h) y duplex (full duplex). duplex completo ). |
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Sintetizador |
a) método de síntesis de sonido . Determina no solo la calidad del sonido, sino también su composición. Un sistema de sonido de PC puede contener varios sintetizadores. Hay 2 métodos de síntesis de sonido: · síntesis FM(FrequencyModulationSynthesis - modulación de frecuencia) - el sintetizador se usa en todas las tarjetas de sonido baratas. Proporciona una calidad de sonido aceptable. La polifonía es de 20 voces. Los efectos de sonido no están implementados. · WT-síntesis(WaveTableSynthesis - tabla de síntesis de ondas sonoras). El sonido se genera con alta calidad, ya que para generarlo se utiliza una mesa especial, la cual contiene muestras pre-digitalizadas del sonido de instrumentos musicales reales y otros sonidos. Polifonía - 20 o más voces? b) Tamaño de la memoria . Depende del modelo de tarjeta de sonido. Se utiliza para almacenar parches. Se puede cambiar instalando módulos de memoria adicionales (RAM o ROM). Esto le permite cargar bancos de instrumentos adicionales, que pueden cambiar significativamente el sonido de los archivos MIDI, para bien o para mal. C) Posibilidad de procesamiento de señal de hardware para crear efectos de sonido . Para crear efectos de sonido, un especial procesador de efectos . Según el tipo de procesador de efectos, puede procesar todos los canales de audio del sintetizador simultáneamente, procesar canales MIDI individuales o hacer sonar voces de sintetizador individuales ( Procesadores de efectos de voz, generales y por canal). Este procesador de efectos le permite eliminar una gran carga de procesamiento de sonido del procesador central. d) Polifonía - el número máximo de sonidos elementales reproducidos simultáneamente. Para cada tipo de tarjeta de sonido, el valor de la polifonía puede ser diferente. (a partir de 20 o más votos). |
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Interfaces |
Proporciona intercambio de datos entre el sistema de sonido y otros dispositivos, tanto externos como internos. Incluye los siguientes tipos de interfaces: a) Interfaz del sistema . La tarjeta de sonido se puede conectar a través del bus ISA (8 bits, rendimiento de 2 a 6 Mbps) ya través del bus PCI (16 bits, rendimiento de 100 a 260 Mbps). Las tarjetas de sonido con interfaz ISA ya están obsoletas hoy en día, ya que no brindan la implementación de funciones no estándar para procesar y transmitir datos de sonido y tienen un ancho de banda bajo. El bus PCI tiene un ancho de banda suficientemente amplio y proporciona transmisión paralela del flujo de datos de audio. b) interfaz MIDI. (MusicalInstrumentDigitalInterface) es la interfaz digital de instrumentos musicales. Permite que los instrumentos MIDI se conecten entre sí, así como intercambiar información y trabajar juntos. No hay puertos MIDI en la tarjeta de sonido, por lo que la conexión de instrumentos y dispositivos MIDI a una PC se realiza mediante un adaptador MIDI especial. C) Interfaz para conectar tarjetas infantiles. El sistema de sonido de la PC puede tener una interfaz especial para conectar placas secundarias. Al instalar una placa secundaria, puede aumentar la polifonía del sistema de sonido y cambiar cualitativamente el método de síntesis. Por ejemplo, si anteriormente solo se utilizó la síntesis FM, entonces se puede agregar la síntesis WT. La placa secundaria generalmente se instala en un conector especial de 26 pines ubicado en la tarjeta de sonido. d) Interfaz para conectar unidades de CD-ROM . Incluido en la tarjeta de sonido. A través de un conector especial en la tarjeta de sonido y una salida especial en la unidad de CD-ROM, se conectan mediante un cable flexible. Más recientemente, esta era la única forma de conectar una unidad de CD-ROM a una computadora. |
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El módulo mezclador de la tarjeta de sonido produce: a) traspuesta (conexión/desconexión) fuentes y receptores de señales sonoras; b) Regulación nivel de señales de audio de entrada y salida; mezclando(mezclar) varias señales de audio y ajustar el nivel de la señal resultante. El mezclador se controla mediante programación usando Windows o usando programas especiales de mezclador. Incluye auriculares y altavoces. Convierten directamente la señal eléctrica del sonido en vibraciones acústicas y, por lo tanto, afectan en gran medida la calidad del sonido. |
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sistema de altavoces |
Por la cantidad de canales de sonido, el sistema de altavoces puede ser: Monofónico (1 canal); Estereofónico (2 canales); Dolby Digital (a partir de 6 o más canales). |
3. Resolver problemas por opciones.
4. Responda las preguntas de seguridad.
Opción 1
1. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 3 segundos de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 5 Hz y una profundidad de sonido de 4 bits.
opcion 2
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 10 s con una frecuencia de muestreo de 20 Hz y una profundidad de sonido de 5 bits.
2. Determine la cantidad de espacio de almacenamiento para un archivo de audio digital que tiene un tiempo de reproducción de 2 minutos con una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz y una resolución de 16 bits.
Opción 3
1. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 7 s de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 5 Hz y una profundidad de sonido de 4 bits.
2. El volumen del archivo de sonido es de 5,25 MB, la profundidad de bits de la tarjeta de sonido es de 16. ¿Cuál es la duración del sonido de este archivo, grabado con una frecuencia de muestreo de 22,05 kHz?
Opción 4
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 15 segundos con una frecuencia de muestreo de 15 Hz y una profundidad de sonido de 4 bits.
2. Un minuto de grabación de un archivo de audio digital ocupa 1,3 MB en el disco, la profundidad de bits de la tarjeta de sonido es de 8. ¿Cuál es la frecuencia de muestreo del sonido?
Opción 5
1. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 3 s de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 5 Hz y una profundidad de sonido de 3 bits.
2. Calcule el tiempo de sonido de un archivo de sonido de 3,5 MB que contiene una grabación estéreo con una frecuencia de muestreo de 44 100 Hz y un tamaño de código de 16 bits.
Opción 6
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 10 segundos con una frecuencia de muestreo de 25 Hz y una profundidad de sonido de 6 bits.
2. Determinar el tamaño (en bytes) de un archivo de audio digital cuyo tiempo de reproducción es de 10 segundos a una frecuencia de muestreo de 22,05 kHz y una resolución de 8 bits.
13-P Oleo GRAMO Opción 7
1. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 5 segundos de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 3 Hz y una profundidad de sonido de 4 bits = 60 bits.
2. Calcular el volumen de información del sonido estéreo codificado, si el sonido se graba durante 20 segundos con una frecuencia de muestreo de 15 Hz y una profundidad de sonido de 3 bits = 900 bits.
Opción 8
1. Determine la cantidad de espacio de almacenamiento para un archivo de audio digital que tiene un tiempo de reproducción de dos minutos con una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz y una resolución de 16 bits.
2. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 12 segundos de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 5 Hz y una profundidad de sonido de 4 bits.
Opción 9
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 30 segundos con una frecuencia de muestreo de 15 Hz y una profundidad de sonido de 15 bits.
2. Dos minutos de grabación de audio digital ocupan 5,1 MB de espacio en disco. Frecuencia de muestreo: 22050 Hz. ¿Cuál es la profundidad de bits del adaptador de audio?
Opción 10
1. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 17 segundos de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 16 Hz y una profundidad de sonido de 14 bits.
3. 16 bits y 8 kHz.
Opción 11
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 150 segundos con una frecuencia de muestreo de 20 Hz y una profundidad de sonido de 4 bits.
Opción 12
1. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 13 segundos de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 8 Hz y una profundidad de sonido de 12 bits.
2. Calcula el tiempo de reproducción de un archivo de audio mono si, con codificación de 16 bits y una frecuencia de muestreo de 32 kHz, su volumen es de 6300 KB.
Opción 13
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 25 segundos con una frecuencia de muestreo de 25 Hz y una profundidad de sonido de 16 bits.
2. Calcule el volumen de información del sonido codificado si se graban 55 segundos de voz con una frecuencia de muestreo de 15 Hz y una profundidad de sonido de 5 bits.
Opción 14
1. ¿Cuál es el tiempo de reproducción para la codificación de 16 bits, frecuencia de muestreo de 32 kHz y archivo de audio mono de 700 KB?
2. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 120 segundos con una frecuencia de muestreo de 15 Hz y una profundidad de sonido de 23 bits.
2. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 38 segundos de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 15 Hz y una profundidad de sonido de 3 bits.
Opción 16
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 100 segundos con una frecuencia de muestreo de 27 Hz y una profundidad de sonido de 15 bits.
2. Calcule el volumen de un archivo de audio mono de 10 segundos con codificación de 16 bits y una frecuencia de muestreo de 44,1 kHz.
Opción 17
1. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 70 segundos de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 25 Hz y una profundidad de sonido de 4 bits.
Opción 18
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 215 segundos con una frecuencia de muestreo de 5 kHz y una profundidad de sonido de 3 bits.
Opción 19
1. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 34 segundos de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 45 Hz y una profundidad de sonido de 7 bits.
2. Calcule el tiempo de reproducción de un archivo de audio mono si su volumen es de 350 KB con codificación de 4 bits y una frecuencia de muestreo de 16 kHz.
Opción 20
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 126 segundos con una frecuencia de muestreo de 32 Hz y una profundidad de sonido de 6 bits.
2. Determina la cantidad de memoria para almacenar un archivo de audio digital que tiene un tiempo de reproducción de 4 minutos a una frecuencia de muestreo de 55 kHz y una extensión de 32 bits.
Opción 21
1. Calcule el volumen de información del sonido codificado si el sonido de 14 segundos de voz se graba con una frecuencia de muestreo de 13 Hz y una profundidad de sonido de 12 bits.
2. La cantidad de espacio libre en disco es de 512 MB, la profundidad de bits de la tarjeta de sonido es de 32. ¿Cuál es la duración del sonido de un archivo de audio digital grabado con una frecuencia de muestreo de 66100 Hz?
Opción 22
1. Calcule el volumen de información del sonido estéreo codificado si el sonido se graba durante 25 segundos con una frecuencia de muestreo de 15 Hz y una profundidad de sonido de 16 bits.
2. Determine la cantidad de memoria para almacenar un archivo de audio estéreo, cuyo tiempo de reproducción es de 2 minutos, si se sabe que la frecuencia de muestreo es de 40 000 Hz y la profundidad de codificación de audio es de 16 bits.
preguntas de examen
1. ¿Defina los términos "sonido" y "sistema de sonido de PC"?
2. ¿Cuáles son las funciones principales de un sistema de sonido para PC?
3. ¿Cuáles son las principales etapas de la conversión de analógico a digital y de digital a analógico?
4. ¿Qué métodos de síntesis de sonido se utilizan?
5. ¿Qué funciones realiza el módulo mezclador y cuáles son sus principales características?
6. Dar definiciones a los conceptos de "muestreo temporal" y "tasa de bits"?
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Codificación de audio
Sonido- Estas son ondas que se propagan en el aire, el agua u otro medio con intensidad y frecuencia que cambian continuamente.
Cuanto mayor es la amplitud de la señal, más fuerte es para una persona; cuanto mayor sea la frecuencia de la señal, mayor será el tono.
Valores de volumen típicos:
Digitalización de audio
audio digital es una señal de audio analógica representada por valores numéricos discretos de su amplitud.
Digitalización de audio- tecnología para convertir una señal de audio analógica en una forma digital.
Consiste en medir la amplitud de la señal con un determinado paso de tiempo y luego registrar los valores obtenidos en forma numérica. Otro nombre para la digitalización de audio es conversión de audio de analógico a digital.
Tasa de muestreo de audio es el número de mediciones de volumen de sonido en un segundo.
La tasa de muestreo de audio puede oscilar entre 8.000 y 48.000 mediciones de volumen de sonido por segundo.
Profundidad de codificación de audio es la cantidad de información necesaria para codificar niveles discretos de sonoridad de audio digital.
Si se conoce la profundidad de codificación, el número de niveles de volumen de sonido digital se puede calcular mediante la fórmula N = 2 R . Si la profundidad de codificación de audio es de 16 bits, entonces el número de niveles de sonoridad de audio es:
N = 2 R = 2 16 = 65536.
Durante el proceso de codificación, a cada nivel de volumen de sonido se le asigna su propio código binario de 16 bits, el nivel de sonido más bajo corresponderá al código 0000000000000000 y el más alto - 1111111111111111.
Tamaño del archivo de sonido
I=f×R×N×t, dónde
f - frecuencia de muestreo (Hz)
R - profundidad de codificación (profundidad de bits)
N - número de canales (1 - mono, 2 - estéreo ...)
t - tiempo de sondeo (s)
Puede estimar el volumen de información de un archivo de audio estéreo de 1 segundo con sonido de alta calidad de 16 bits, 48 kHz.
48000 Hz × 16 bits × 2 × 1 = 1536000 bits = 192000 bytes = 187,5 kBytes
Tareas para el hogar:
1. La grabación de sonido de un solo canal (mono) se realiza con una frecuencia de muestreo de 22 kHz y una profundidad de codificación de 16 bits. La grabación dura 2 minutos, sus resultados se escriben en un archivo, no se realiza la compresión de datos. ¿Cuál es el tamaño del archivo?
2. Se realizó una grabación de sonido de dos canales (estéreo) con una frecuencia de muestreo de 16 kHz y una resolución de 32 bits durante 5 minutos. No se realizó la compresión de datos. ¿Cuál es el tamaño del archivo resultante?
3. La grabación de sonido de dos canales (estéreo) se realizó con una frecuencia de muestreo de 64 kHz y una resolución de 24 bits. Como resultado se obtuvo un archivo de 72 MB, no se realizó compresión de datos. Determine aproximadamente cuánto tiempo (en minutos) se llevó a cabo la grabación. Dé la respuesta como el número entero más cercano a la hora de registro.
El oído humano percibe el sonido en frecuencias que van desde las 20 vibraciones por segundo (sonido bajo) hasta las 20.000 vibraciones por segundo (sonido alto).
Una persona puede percibir el sonido en una amplia gama de intensidades, en la que la intensidad máxima es 10 14 veces mayor que la mínima (cien mil billones de veces). Se utiliza una unidad especial para medir la intensidad de un sonido. "decibel"(dbl) (Cuadro 5.1). Una disminución o aumento del volumen del sonido de 10 dB corresponde a una disminución o aumento de la intensidad del sonido de 10 veces.
Muestreo de tiempo de sonido. Para que una computadora procese el audio, una señal de audio continua debe convertirse en una forma digital discreta mediante el muestreo de tiempo. Una onda de sonido continua se divide en pequeñas secciones de tiempo separadas, para cada una de esas secciones se establece un cierto valor de intensidad de sonido.
Así, la dependencia continua de la sonoridad del sonido en el tiempo A(t) es reemplazada por una secuencia discreta de niveles de sonoridad. En el gráfico, esto parece reemplazar una curva suave con una secuencia de "pasos" (Fig. 1.2).
 |
| Arroz. 1.2. Muestreo de audio temporal |
Frecuencia de muestreo. Se utiliza un micrófono conectado a la tarjeta de sonido para grabar audio analógico y convertirlo a formato digital. La calidad del sonido digital recibido depende del número de mediciones del nivel de volumen del sonido por unidad de tiempo, es decir, frecuencia de muestreo. Cuantas más mediciones se realicen en 1 segundo (cuanto mayor sea la frecuencia de muestreo), con mayor precisión la "escalera" de la señal de audio digital repite la curva de la señal de diálogo.
Tasa de muestreo de audio es el número de mediciones de volumen de sonido en un segundo.
La tasa de muestreo de audio puede oscilar entre 8.000 y 48.000 mediciones de volumen de sonido por segundo.
Profundidad de codificación de audio. A cada "paso" se le asigna un cierto valor del nivel de volumen del sonido. Los niveles de sonoridad del sonido pueden considerarse como un conjunto de posibles estados N, para cuya codificación se necesita cierta cantidad de información I, que se denomina profundidad de codificación del sonido.
Profundidad de codificación de audio es la cantidad de información necesaria para codificar niveles discretos de sonoridad de audio digital.
Si se conoce la profundidad de codificación, el número de niveles de volumen de sonido digital se puede calcular mediante la fórmula N = 2 I . Si la profundidad de codificación de audio es de 16 bits, entonces el número de niveles de sonoridad de audio es:
N = 2 I = 2 16 = 65536.
Durante el proceso de codificación, a cada nivel de volumen de sonido se le asigna su propio código binario de 16 bits, el nivel de sonido más bajo corresponderá al código 0000000000000000 y el más alto - 1111111111111111.
La calidad del sonido digitalizado. Cuanto mayor sea la frecuencia y la profundidad de muestreo del sonido, mejor será la calidad del sonido digitalizado. La calidad más baja de audio digitalizado, correspondiente a la calidad de la comunicación telefónica, se obtiene a una frecuencia de muestreo de 8000 veces por segundo, profundidad de muestreo de 8 bits y grabación de una pista de audio (modo "mono"). La máxima calidad de sonido digitalizado, correspondiente a la calidad de un CD de audio, se logra con una frecuencia de muestreo de 48.000 veces por segundo, una profundidad de muestreo de 16 bits y grabación de dos pistas de audio (modo estéreo).
Debe recordarse que cuanto mayor sea la calidad del sonido digital, mayor será el volumen de información del archivo de sonido. Puede estimar el volumen de información de un archivo de sonido estéreo digital con una duración de sonido de 1 segundo con una calidad de sonido media (16 bits, 24.000 mediciones por segundo). Para hacer esto, la profundidad de codificación debe multiplicarse por el número de mediciones por 1 segundo y multiplicarse por 2 (sonido estéreo):
16 bits × 24 000 × 2 = 768 000 bits = 96 000 bytes = 93,75 KB.
editores de sonido Los editores de sonido le permiten no solo grabar y reproducir sonido, sino también editarlo. El sonido digitalizado se presenta en los editores de sonido de forma visual, por lo que las operaciones de copiar, mover y eliminar partes de la pista de audio se pueden realizar fácilmente con el mouse. Además, puede superponer pistas de audio una encima de otra (mezclar sonidos) y aplicar varios efectos acústicos (eco, reproducción inversa, etc.).
Los editores de sonido le permiten cambiar la calidad del audio digital y el tamaño del archivo de audio cambiando la frecuencia de muestreo y la profundidad de codificación. El audio digitalizado se puede guardar sin comprimir en archivos de audio en un formato universal WAV o formato comprimido MP3.
Al guardar sonido en formatos comprimidos, se descartan las frecuencias sonoras de baja intensidad que resultan “excesivas” para la percepción humana y coinciden en el tiempo con frecuencias sonoras de alta intensidad. El uso de este formato le permite comprimir archivos de audio docenas de veces, pero conduce a una pérdida irreversible de información (los archivos no se pueden restaurar en su forma original).
preguntas de examen
1. ¿Cómo afectan la frecuencia de muestreo y la profundidad de codificación a la calidad del audio digital?
Tareas para la autorrealización
1.22. Una tarea con una respuesta selectiva. La tarjeta de sonido produce una codificación binaria de la señal de audio analógica. ¿Cuánta información se necesita para codificar cada uno de los 65 536 niveles posibles de intensidad de la señal?
1) 16 bits; 2) 256 bits; 3) 1 bit; 4) 8 bits.
1.23. Pregunta con una respuesta detallada. Estime el volumen de información de archivos de audio digital con una duración de 10 segundos a la profundidad de codificación y frecuencia de muestreo de la señal de audio, proporcionando la calidad de sonido mínima y máxima:
a) mono, 8 bits, 8000 mediciones por segundo;
b) estéreo, 16 bits, 48.000 medidas por segundo.
1.24. Pregunta con una respuesta detallada. Determine la longitud del archivo de sonido que cabrá en un disquete de 3,5" (tenga en cuenta que se asignan 2847 sectores de 512 bytes cada uno para almacenar datos en dicho disquete):
a) con baja calidad de sonido: mono, 8 bits, 8000 medidas por segundo;
b) con alta calidad de sonido: estéreo, 16 bits, 48.000 medidas por segundo.