itthon / TOVÁBB/ "Audio információ kódolása. Audio kódolás

„Hanginformáció kódolása. Audio kódolás

A digitális hang minőségét befolyásoló fő paraméterek:

§ Az ADC és a DAC kapacitása.

§ Az ADC és a DAC mintavételi gyakorisága.

§ Jitter ADC és DAC

§ Újramintavételezés

Emellett továbbra is fontosak a digitális hangrögzítő és hangvisszaadó eszközök analóg útvonalának paraméterei:

§ Jel-zaj arány

§ Teljes harmonikus torzítás

§ Intermodulációs torzítás

§ Az amplitúdó-frekvencia válasz egyenetlensége

§ Csatornák áthatolása

§ Dinamikus hatókör

Digitális hangrögzítési technika

A digitális hangrögzítést jelenleg hangstúdiókban végzik, személyi számítógépek és egyéb drága és jó minőségű berendezések felügyelete mellett. Ezenkívül az "otthoni stúdió" fogalma meglehetősen széles körben kidolgozott, amelyben professzionális és félprofesszionális felvevőberendezéseket használnak, amelyek lehetővé teszik, hogy kiváló minőségű felvételeket készítsen otthon.

A hangkártyákat olyan számítógépek részeként használják, amelyek ADC-ben és DAC-jukban végzik a feldolgozást - leggyakrabban 24 biten és 96 kHz-en, a bitsebesség és a mintavételezési frekvencia további növelése gyakorlatilag nem javítja a felvétel minőségét.

Számítógépes programok egész osztálya létezik - hangszerkesztők, amelyek lehetővé teszik a hanggal való munkát:

§ rögzíti a bejövő hangfolyamot

§ hangot hoz létre (generál).

§ meglévő felvétel módosítása (minták hozzáadása, hangszín, hangsebesség módosítása, részek kivágása stb.)

§ átírni egyik formátumból a másikba

§ konvertálja a különböző audio kodekeket

Néhány egyszerű program csak formátumok és kodekek konvertálását teszi lehetővé.

Különféle digitális audio formátumok

Az audioformátumnak különféle fogalmai vannak.

Az audio adatok digitális megjelenítése a digitális-analóg konverter (DAC) kvantálásának módjától függ. A hangtechnikában jelenleg kétféle kvantálás a legelterjedtebb:

§ impulzuskód moduláció

§ szigma-delta moduláció

A kvantálási bitmélységet és a mintavételezési frekvenciát gyakran adják meg a különböző hangrögzítő és -lejátszó eszközökhöz digitális audio reprezentációs formátumként (24 bit / 192 kHz; 16 bit / 48 kHz).

A fájlformátum határozza meg a számítógépes tárolóeszközön tárolt hangadatok szerkezetét és megjelenítését. Az audio adatok redundanciájának kiküszöbölésére audio kodekeket használnak, amelyek segítségével az audio adatokat tömörítik. A hangfájlformátumoknak három csoportja van:

§ tömörítetlen hangformátumok, például WAV, AIFF

§ veszteségmentes tömörített hangformátumok (APE, FLAC)

§ hangformátumok veszteséges tömörítéssel (mp3, ogg)

A moduláris zenei fájlformátumok kiemelkednek. Szintetikusan vagy előre felvett élő hangszerek mintáiból készültek, elsősorban modern elektronikus zene (MOD) létrehozására használják. Ez szintén a MIDI formátumnak tulajdonítható, amely nem hangfelvétel, ugyanakkor egy szekvenszer segítségével lehetővé teszi a zene rögzítését és lejátszását bizonyos parancskészlettel szöveges formában.

A digitális hanghordozó formátumokat hangfelvételek tömeges terjesztésére (CD, SACD) és professzionális hangrögzítésre (DAT, minilemez) egyaránt használják.

A térhatású hangrendszereknél hangformátumok is megkülönböztethetők, amelyek főleg filmek többcsatornás hangkísérői. Ezekben a rendszerekben két nagy versengő cég, a Digital Theater Systems Inc. teljes formátumcsaládja van. - DTS és Dolby Laboratories Inc. - Dolby Digital.

A formátumot a többcsatornás hangrendszerek csatornáinak számának is nevezik (5.1; 7.1). Kezdetben egy ilyen rendszert mozik számára fejlesztettek ki, de később a Software Codec bővítette

Audio kodek program szintjén

§ G.723.1 – az egyik alapvető kodek az IP-telefónia alkalmazásokhoz

§ G.729 egy szabadalmaztatott keskeny sávú kodek, amelyet a beszéd digitális megjelenítésére használnak

§ Internet Low Bitrate Codec (iLBC) - népszerű ingyenes kodek az IP-telefonokhoz (különösen a Skype és a Google Talk számára)

Audio kodek(eng. Audio kodek; audio kódoló / dekódoló) – Hangadatok kódolására vagy dekódolására tervezett számítógépes program vagy hardver.

Szoftver kodek

Audio kodek program szintjén egy speciális számítógépes program, egy kodek, amely tömöríti (tömöríti) vagy kicsomagolja (kicsomagolja) a digitális audioadatokat egy fájl hangformátumnak vagy streaming audio formátumnak megfelelően. Az audiokodek, mint tömörítő feladata, hogy adott minőségű/hűségű és a lehető legkisebb méretű hangjelet biztosítson. A tömörítés csökkenti az audió adatok tárolásához szükséges hely mennyiségét, és csökkenthető annak a csatornának a sávszélessége is, amelyen keresztül hangadatokat továbbítanak. A legtöbb audiokodek szoftverkönyvtárként van megvalósítva, amelyek kölcsönhatásba lépnek egy vagy több audiolejátszóval, mint például a QuickTime Player, XMMS, Winamp, VLC médialejátszó, MPlayer vagy Windows Media Player.

Népszerű szoftveres audiokodekek alkalmazásonként:

§ MPEG-1 Layer III (MP3) - szabadalmaztatott kodek hangfelvételekhez (zene, hangoskönyvek stb.) számítógépes berendezésekhez és digitális lejátszókhoz

§ Ogg Vorbis (OGG) - a második legnépszerűbb formátum, széles körben használt számítógépes játékokban és fájlmegosztó hálózatokban zeneátvitelre

§ A GSM-FR a GSM telefonokban használt első digitális beszédkódolási szabvány

§ Adaptív többsebességű (AMR) - emberi hang rögzítése mobiltelefonokon és más mobil eszközökön

Audio kódolás.

A feladatok típusai:

1. Digitális audiofájl mérete (mono és sztereó).

A feladatok megoldása során a tanulók a következő fogalmakra támaszkodnak:

Időmintavétel - olyan folyamat, amelyben a folyamatos hangjel kódolása során a hanghullámot külön kis időszakaszokra osztják, és minden ilyen szakaszhoz beállítanak egy bizonyos amplitúdóértéket. Minél nagyobb a jel amplitúdója, annál hangosabb a hang.

Hangmélység (kódolási mélység) -az audiokódolásonkénti bitek száma.

Hangerőszintek (jelszintek)- a hang eltérő hangerővel rendelkezhet. A különböző hangerőszintek számát a képlet segítségével számítjuk ki N= 2 én aholén- a hang mélysége.

Mintavételi gyakoriság - a bemeneti jelszint méréseinek száma időegységenként (1 másodpercig). Minél nagyobb a mintavételi sebesség, annál pontosabb a bináris kódolási eljárás. A frekvenciát hertzben (Hz) mérik. 1 mérés 1 másodperc alatt -1 Hz.

1000 mérés 1 másodperc alatt 1 kHz. Jelöljük betűvel a mintavételi gyakoriságotD... A kódoláshoz a három frekvencia egyike van kiválasztva:44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Úgy gondolják, hogy az a frekvenciatartomány, amelyből az ember hall 20 Hz és 20 kHz között.

Bináris kódolás minősége -olyan érték, amelyet a kódolási mélység és a mintavételi gyakoriság határoz meg.

Audio adapter (hangkártya) - olyan eszköz, amely egy hangfrekvenciás elektromos rezgéseket numerikus bináris kóddá alakítja hang bevitelekor és fordítva (numerikus kódtól elektromos rezgésekig) hang lejátszásakor.

Audioadapter specifikációi:mintavételi gyakoriság és regiszterkapacitás.).

A regiszter bitszélessége - a bitek száma az audioadapter regiszterében. Minél nagyobb a számjegykapacitás, annál kisebb a hiba az elektromos áram nagyságának minden egyes számmá történő átalakításakor, és fordítva. Ha a bitszélesség az én, majd a bemeneti jel mérésekor 2én = N különböző értékeket.

Mono digitális hangfájl mérete (A) a következő képlettel mérjük:

A= D* T* én/8 , aholD – mintavételi frekvencia (Hz),T- a hangosítás vagy hangrögzítés ideje,énregiszterméret (felbontás). Ez a képlet a méretet bájtokban méri.

Digitális sztereó hangfájl mérete (A) a következő képlettel mérjük:

A=2* D* T* én/8 , a jel két hangszóróra kerül rögzítésre, mivel a bal és a jobb oldali hangcsatorna külön van kódolva.

A tanulók számára hasznos, ha kiadják az 1. táblázatot, amely megmutatja, hogy a kódolt egyperces hanginformáció hány MB-ot vesz igénybe különböző mintavételi frekvenciák mellett:

Jel típusa	Mintavételi frekvencia, kHz

16 bites, sztereó
16 bites, mono
8 bites, mono

1. Digitális fájlméret

"3" szint

1. Határozza meg a digitális hangfájl méretét (byte-ban), amelynek lejátszási ideje 10 másodperc 22,05 kHz mintavételezési frekvenciával és 8 bites felbontással. A fájl nincs tömörítve. (, 156. o., 1. példa)

Megoldás:

Képlet a méret kiszámításához (bájtban) digitális hangfájl: A= D* T* én/8.

A bájtokká alakításhoz a kapott értéket el kell osztani 8 bittel.

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

A= D* T* én/8 = 22050 x 10 x 8/8 = 220500 bájt.

Válasz: a fájl mérete 220 500 bájt.

2. Határozza meg a memória mennyiségét egy digitális hangfájl tárolására, amelynek lejátszási ideje 44,1 kHz mintavételezési frekvencián és 16 bites felbontáson két perc. (, 157. o., 88. sz.)

Megoldás:

A= D* T* én/nyolc. - a memória mennyisége a digitális audiofájl tárolására.

44100 (Hz) x 120 (mp) x 16 (bit) / 8 (bit) = bájt = 10335,9375 KB = 10,094 MB.

Válasz: ≈ 10 MB

"4" szint

3. A felhasználónak 2,6 MB memória áll a rendelkezésére. 1 perces digitális hangfájlt kell rögzítenie. Mekkora legyen a mintavételezési gyakoriság és a bitmélység? (, 157. o., 89. sz.)

Megoldás:

A mintavételi sebesség és a bitmélység kiszámításának képlete: D * I = A / T

(memória mérete bájtban): (lejátszási idő másodpercben):

2,6 MB = 26 bájt

D * I = A / T = 26 bájt: 60 = 45438,3 bájt

D = 45438,3 bájt: I

Az adapter bitmérete 8 vagy 16 bit lehet. (1 bájt vagy 2 bájt). Ezért a mintavételi frekvencia lehet 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz- szabványos jellemző mintavételi frekvencia, vagy 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- szabványos jellemző mintavételi gyakoriság

Válasz:

	Mintavételi gyakoriság	Az audioadapter bitmélysége
1.opció	22,05 kHz	16 bites
2. lehetőség	44,1 kHz	8 bites

4. Szabad lemezterület - 5,25 MB, hangkártya kapacitása - 16. Mennyi ideig tart egy 22,05 kHz-es mintavételezési frekvenciával rögzített digitális hangfájl? (, 157. o., 90. sz.)

Megoldás:

A hang időtartamának kiszámításának képlete: T = A / D / I

(memória mérete bájtban): (mintavételi frekvencia Hz-ben): (hangkártya kapacitása bájtban):

5,25 MB = 5505024 bájt

5505024 bájt: 22050 Hz: 2 bájt = 124,8 mp
Válasz: 124,8 másodperc

5. Egy perc digitális hangfájl rögzítése 1,3 MB-ot foglal el a lemezen, a hangkártya kapacitása - 8. Mekkora a felvett hang mintavételezési gyakorisága? (, 157. o., 91. sz.)

Megoldás:

A mintavételi sebesség kiszámításának képlete: D = A / T / I

(memória mérete bájtban): (rögzítési idő másodpercben): (hangkártya kapacitása bájtban)

1,3 MB = 18 bájt

18 bájt: 60:1 = 22719,1 Hz

Válasz: 22,05 kHz

6. Két percnyi digitális audiofájl rögzítése 5,1 MB-ot foglal el egy lemezen. A mintavételezési frekvencia 22050 Hz. Mekkora az audioadapter bitmélysége? (, 157. o., 94. sz.)

Megoldás:

A bitmélység kiszámításának képlete: (memória mérete bájtban): (lejátszási idő másodpercben): (mintavételi gyakoriság):

5,1 MB = 56 bájt

56 bájt: 120 mp: 22050 Hz = 2,02 bájt = 16 bit

Válasz: 16 bites

7. Szabad lemezterület - 0,01 GB, hangkártya kapacitása - 16. Mennyi ideig tart egy 44100 Hz-es mintavételezési frekvenciával rögzített digitális hangfájl? (, 157. o., 95. sz.)

Megoldás:

Képlet a hang időtartamának kiszámításához T = A / D / I

(memória mérete bájtban): (mintavételezési frekvencia Hz-ben): (hangkártya kapacitása bájtban)

0,01 GB =, 24 bájt

24 bájt: 44100: 2 = 121,74 mp = 2,03 perc
Válasz: 20,3 perc

8. Becsülje meg egy 1 perces időtartamú mono-audio fájl információs mennyiségét. ha a kódolás "mélysége" és az audiojel mintavételezési gyakorisága megegyezik:
a) 16 bit és 8 kHz;
b) 16 bit és 24 kHz.

(, 76. o., 2.82. sz.)

Megoldás:

a)
16 bit x 8000 = 128 000 bit = 16 000 bájt = 15 625 KB / s
15,625 KB / s x 60 s = 937,5 KB

b).
1) Egy 1 másodperces hangfájl információs mennyisége:
16 bit x = 384000 bit = 48000 bájt = 46,875 KB/s
2) Egy 1 perces időtartamú hangfájl információs mennyisége egyenlő:
46,875 KB / s x 60 s = 2812,5 KB = 2,8 MB

Válasz: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB

"5" szint

Az 1. táblázatot használjuk

9. Mennyi tárhely szükséges egy jó minőségű digitális audiofájl tárolásához, ha a lejátszási idő 3 perc? (, 157. o., 92. sz.)

Megoldás:

Kiváló hangminőség érhető el 44,1 kHz-es mintavételezési frekvenciával és 16-os audioadapter bitmélységgel.
A memória méretének kiszámításának képlete: (rögzítési idő másodpercben) x (hangkártya kapacitása bájtban) x (mintavételi sebesség):
180 s x 2 x 44100 Hz = bájt = 15,1 MB
Válasz: 15,1 MB

10. A digitális hangfájl gyenge minőségű hangfelvételt tartalmaz (a hang sötét és tompa). Mennyi ideig fog hangzani egy fájl, ha a mérete 650 Kb? (, 157. o., 93. sz.)

Megoldás:

A komor és tompa hangra a következő paraméterek jellemzőek: mintavételi frekvencia - 11, 025 KHz, audioadapter kapacitása - 8 bit (lásd az 1. táblázatot). Ekkor T = A / D / I. A méretet konvertáljuk bájtokra: 650 KB = 665600 bájt

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

Válasz: a hang időtartama 60,5 s

Megoldás:

Egy 1 másodperces hangfájl információs hangereje egyenlő:
16 bit xx 2 = 1 bit = 187,5 KB (sztereó óta 2-vel szorozva).

Egy 1 perces időtartamú hangfájl információs mennyisége egyenlő:
187,5 KB / s x 60 s ≈ 11 MB

Válasz: 11 MB

Válasz: a) 940 KB; b) 2,8 MB.

12. Számítsa ki egy mono-audio fájl lejátszási idejét, ha 16 bites kódolással és 32 kHz-es mintavételezési frekvenciával a hangereje:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

(, 76. o., 2.84. sz.)

Megoldás:

a)
1) Egy 1 másodperces hangfájl információs mennyisége:

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

b).
1) Egy 1 másodperces hangfájl információs mennyisége:
16 bit x = 512 000 bit = 64 000 bájt = 62,5 KB / s
2) Egy 700 KB-os mono-audio fájl lejátszási ideje:
6300 KB: 62,5 KB/s = 100,8 s = 1,68 perc

Válasz: a) 10 mp; b) 1,5 perc.

13. Számítsa ki, hány bájtnyi információt foglal el egy másodperc sztereó felvétel egy CD-n (44032 Hz frekvencia, 16 bit értékenként). Mennyi ideig tart egy perc? Mekkora a lemez maximális kapacitása (80 perces maximális időtartamot feltételezve)? (, 34. o., 34. gyakorlat)

Megoldás:

Képlet a memória méretének kiszámításához A= D* T* én:
(felvételi idő másodpercben) * (hangkártya kapacitása bájtban) * (mintavételi frekvencia). 16 bit - 2 bájt.
1) 1 s x 2 x 44032 Hz = 88064 bájt (1 másodpercnyi sztereó felvétel CD-n)
2) 60 s x 2 x 44032 Hz = 5283840 bájt (1 perc sztereó felvétel CD-re)
3) 4800 s x 2 x 44032 Hz = bájt = 412 800 KB = 403,125 MB (80 perc)

Válasz: 88064 bájt (1 másodperc), 5283840 bájt (1 perc), 403,125 MB (80 perc)

2. Hangminőség meghatározása.

A hangminőség meghatározásához meg kell találnia a mintavételi frekvenciát, és az 1-es számú táblázatot kell használnia

jelintenzitási szintek - egy rádióadás hangminősége, 65 jelintenzitási szint használatával - egy audio CD hangminősége. A legjobb minőségű frekvencia megegyezik a CD-n rögzített zenével. Az analóg jel értékét ebben az esetben másodpercenként 44 100-szor mérjük.

"5" szint

13. Ha tudja, hogy egy 10 másodperces monó hangfájl hangereje van, határozza meg a hangminőséget (rádió adás minősége, átlagos minőség, audio CD minőség). egyenlő:
a) 940 KB;
b) 157 KB.

(, 76. o., 2.83. sz.)

Megoldás:

a)
1) 940 KB = 962560 bájt = 7700480 bit
2) 7700480 bit: 10 mp = 770048 bps
3) 770048 bps: 16 bit = 48128 Hz - mintavételezési frekvencia - közel a legmagasabb 44,1 kHz-hez
Válasz: audio CD minőség

b).
1) 157 KB = 160768 bájt = 1286144 bit
2) 1286144 bit: 10 mp = 4 bps
3) 4 bps: 16 bit = 8038,4 Hz
Válasz: a rádióadás minősége

Válasz: a) CD minőség; b) a rádióadás minősége.

14. Határozza meg a hangfájl hosszát, amely elfér egy 3,5 hüvelykes hajlékonylemezen. Vegye figyelembe, hogy egy ilyen hajlékonylemezen 2847 512 bájtos szektor van lefoglalva az adatok tárolására.
a) alacsony hangminőséggel: monó, 8 bit, 8 kHz;
b) kiváló hangminőséggel: sztereó, 16 bit, 48 kHz.

(, 77. o., 2.85. sz.)

Megoldás:

a)

8 bit x 8000 = bit = 8000 bájt = 7,8 KB / s
3) Egy 1423,5 KB térfogatú mono-audio fájl lejátszási ideje egyenlő:
1423,5 KB: 7,8 KB / s = 182,5 s ≈ 3 perc

b).
1) A hajlékonylemez információs kötete:
2847 szektor x 512 bájt = 1457664 bájt = 1423,5 KB
2) Egy 1 másodperces hangfájl információs mennyisége:
16 bit xx 2 = 1 bit = bájt = 187,5 KB / s
3) Egy 1423,5 KB-os sztereó audiofájl lejátszási ideje megegyezik:
1423,5 KB: 187,5 KB / s = 7,6 s

Válasz: a) 3 perc; b) 7,6 másodperc.

3. Bináris hangkódolás.

A feladatok megoldása során a következő elméleti anyagokat használja:

A hang kódolásához az ábrán látható analóg jelet,

a sík függőleges és vízszintes vonalakra oszlik. A függőleges osztás az analóg jel mintavételezése (jel mérési frekvencia), a vízszintes osztás az kvantálás szint szerint. Vagyis minél finomabb a rács, annál jobban közelíthető az analóg hang a számok segítségével. A nyolcbites kvantálást a közönséges beszéd (telefonbeszélgetés) és a rövidhullámú rádióadások digitalizálására használják. Tizenhat bites - zene és VHF (ultra-rövidhullámú) rádióadások digitalizálására.

"3" szint

15. Az analóg audiojel mintavételezése először 256 jelerősségi szint (rádióadások hangminősége), majd 65536 jelerősségi szint (audio CD-k hangminősége) felhasználásával történt. Hányszor tér el a digitalizált hang információmennyisége? (, 77. o., 2.86. sz.)

Megoldás:

Egy 256 jelerősségi szintet használó analóg jel kódhossza 8 bit, 65536 jelerősségi szint esetén 16 bit. Mivel egy jel kódjának hossza megkétszereződött, a digitalizált hang információmennyisége 2-szer tér el.

Válasz: 2 alkalommal.

szint "4"

16. A Nyquist-Kotelnikov tétel szerint ahhoz, hogy egy analóg jelet a diszkrét reprezentációjából (a mintáiból) pontosan rekonstruálhassunk, a mintavételezési frekvenciának legalább kétszerese ennek a jelnek a maximális hangfrekvenciájának.

· Mekkora legyen az emberi hang mintavételezési gyakorisága?

· Melyik legyen nagyobb: a beszéd mintavételezési gyakorisága vagy egy szimfonikus zenekar hangjának mintavételezési gyakorisága?

Cél: A hallgatók megismertetése a hanggal való munkavégzéshez szükséges hardver és szoftver jellemzőivel. Tevékenységek: ismeretszerzés fizika tanfolyamról (vagy segédkönyvekkel való munka). (, o. ??, 2. feladat)

Megoldás:

Úgy gondolják, hogy az ember által hallható frekvenciatartomány 20 Hz és 20 kHz között van. Így a Nyquist-Kotelnikov tétel szerint annak érdekében, hogy az analóg jelet a diszkrét reprezentációjából (mintáiból) pontosan rekonstruálhassuk, a mintavételezési frekvenciának legalább kétszerese kell legyen a jel maximális hangfrekvenciájának. A maximális hangfrekvencia, amit egy személy hall, -20 KHz, ami azt jelenti, hogy az eszköz Az ra-nak és a szoftvernek legalább 40 kHz-es, vagy inkább 44,1 kHz-es mintavételezési frekvenciát kell biztosítania. A szimfonikus zenekar hangjának számítógépes feldolgozása nagyobb mintavételi sebességgel jár, mint a beszédfeldolgozás, mivel a szimfonikus zenekarok frekvenciatartománya sokkal nagyobb.

Válasz: nem kevesebb, mint 40 kHz, a szimfonikus zenekar mintavételezési frekvenciája magasabb.

"5" szint

17. Az ábra a felvevő által rögzített 1 másodperces beszéd hangját mutatja. Kódolja bináris digitális kódba 10 Hz frekvenciájú és 3 bites kódhosszúsággal. (, o. ??, 1. probléma)

Megoldás:

A 10 Hz-es kódolás azt jelenti, hogy másodpercenként 10-szer kell megmérnünk a hangmagasságot. Válasszunk egyenlő távolságra lévő időpillanatokat:

A 3 bites kód 23 = 8 kvantálási szintet jelent. Azaz a hangmagasság számkódjaként minden kiválasztott időpontban a következő kombinációk egyikét állíthatjuk be: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Ebből csak 8 van, ezért , a hangmagasság 8 "szinttel" mérhető:

A hangmagasság értékeket a legközelebbi alacsonyabb szintre kerekítjük:

Ezzel a kódolási módszerrel a következő eredményt kapjuk (szóközök vannak az olvashatóság érdekében):

Jegyzet. Célszerű felhívni a hallgatók figyelmét arra, hogy a kód mennyire pontatlanul közvetíti az amplitúdóváltozást. Vagyis a 10 Hz-es mintavételezési frekvencia és a bitkvantálási szint) túl alacsony. Hang (hang) esetében jellemzően 8 kHz-es mintavételezési frekvenciát választanak, azaz 8000-szer másodpercenként, és 28-as kvantálási szintet (8 bites kód).

Válasz:

18. Magyarázza meg, hogy a kvantálás szintje a mintavételezési frekvenciával együtt miért utal a hang számítógépes reprezentációjának főbb jellemzőire! Célok: megszilárdítani a tanulók megértését az „adatmegjelenítés pontossága”, „mérési hiba”, „bemutatási hiba” fogalmakkal kapcsolatban; bináris kódolás és kódhossz áttekintése a tanulókkal. A tevékenység típusa: fogalomdefiníciókkal való munka. (, o. ??, 3. feladat)

Megoldás:

A geometriában, a fizikában, a technológiában létezik a „mérési pontosság” fogalma, amely szorosan kapcsolódik a „mérési hiba” fogalmához. De van egy koncepció is "Az előadás hűsége". Például egy személy magasságáról azt mondhatjuk, hogy: a) kb. 2 m, b) valamivel több, mint 1,7 m, c) egyenlő 1 m 72 cm-rel, d) egyenlő 1 m 71 cm 8 mm-rel. Azaz 1, 2, 3 vagy 4 számjegy használható a mért magasság jelzésére.
Ugyanez vonatkozik a bináris kódolásra is. Ha egy adott időpontban csak 2 bitet használnak a hangmagasság rögzítésére, akkor még ha a mérések pontosak is voltak, csak 4 szintet lehet továbbítani: alacsony (00), átlag alatti (01), átlag feletti (10), magas ( 11). Ha 1 bájtot használ, akkor 256 szintet vihet át. Hogyan magasabb kvantálási szint, vagy, ami megegyezik a minél több bitet allokálnak a mért érték rögzítésére, annál pontosabban továbbítják ezt az értéket.

Jegyzet. Figyelembe kell venni, hogy a mérőműszernek is fenn kell tartania a kiválasztott kvantálási szintet (a deciméteres osztású vonalzóval mért hosszt, nincs értelme milliméteres pontossággal ábrázolni).

Válasz: minél magasabb a kvantálási szint, annál pontosabban reprodukálható a hang.

Irodalom:

[ 1] Számítástechnika. Műhelykönyv 2 kötetben / Szerk. ,: 1. kötet. - Alapismeretek Laboratóriuma, 1999 - 304 p .: ill.

Műhely az informatikáról és információtechnológiáról. Tankönyv oktatási intézmények számára /,. - M .: Binom. Tudáslaboratórium, 20p .: ill.

Informatika az iskolában: Az Informatika és Oktatás című folyóirat melléklete. 4. szám - 2003. - M .: Oktatás és Informatika, 2003. - 96 p .: ill.

Stb. Információs kultúra: információs auditálás. Információs modellek. 9-10. évfolyam: Tankönyv általános oktatási intézmények számára. - 2. kiadás - M .: Túzok, 1996 .-- 208 p .: ill.

Szénaverés az informatikában iskolásoknak. - Jekatyerinburg: "U-Factoria", 2003. - 346. 54-56.

Célok:

nevelési:

Ismerje meg a Wav fájlok bináris kódolásának technológiáját
Ismerje meg a WAV formátumú hangfájl hangerejének meghatározásával kapcsolatos problémák megoldását

Hangmélység (kódolási mélység) -az audiokódolásonkénti bitek száma.

1000 mérés 1 másodperc alatt 1 kHz. Jelöljük betűvel a mintavételi gyakoriságotD... A kódoláshoz a három frekvencia egyike van kiválasztva:44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Úgy gondolják, hogy az a frekvenciatartomány, amelyből az ember hall 20 Hz és 20 kHz között.

Bináris kódolás minősége -olyan érték, amelyet a kódolási mélység és a mintavételi gyakoriság határoz meg.

Audioadapter specifikációi:mintavételi gyakoriság és regiszterkapacitás.).

Mono digitális hangfájl mérete (A) a következő képlettel mérjük:

A= D* T* én/8 , aholD - mintavételi frekvencia (Hz),T- a hangosítás vagy hangrögzítés ideje,énregiszterméret (felbontás). Ez a képlet a méretet bájtokban méri.

Digitális sztereó hangfájl mérete (A) a következő képlettel mérjük:

A=2* D* T* én/8 , a jel két hangszóróra kerül rögzítésre, mivel a bal és a jobb oldali hangcsatorna külön van kódolva.

1. algoritmus (Egy hangfájl információs mennyiségének kiszámítása):

1) megtudja, hány érték kerül beolvasásra a memóriába a fájl hangja közben;

2) megtudja a kód bitmélységét (hány bitet foglalnak el az egyes mért értékek a memóriában);

3) megszorozzuk az eredményeket;

4) konvertálja az eredményt bájtokká;

5) konvertálja az eredményt K bájtra;

6) konvertálja az eredményt M bájtra;

2. algoritmus (Számítsa ki a fájl lejátszási idejét.)

1) Vigye át a fájl információs kötetét K bájtba.

2) Vigye át a fájl információs mennyiségét bájtokba.

3) Alakítsa át a fájl információmennyiségét bitekre.

4) Nézze meg, hány értéket mértek összesen (Ossza el az információ mennyiségét bitekben a kód hosszával).

5) Számítsa ki a hang másodpercek számát. (Ossza el az előző eredményt a mintavételi gyakorisággal.)

1. Digitális fájlméret

"3" szint

Megoldás:

Képlet a méret kiszámításához (bájtban) digitális hangfájl: A= D* T* én/8.

A bájtokká alakításhoz a kapott értéket el kell osztani 8 bittel.

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

A= D* T* én/8 = 22050 x 10 x 8/8 = 220500 bájt.

Válasz: a fájl mérete 220 500 bájt.

2. Határozza meg a memória mennyiségét egy digitális hangfájl tárolására, amelynek lejátszási ideje 44,1 kHz mintavételezési frekvencián és 16 bites felbontáson két perc.

Megoldás:

A= D* T* én/nyolc. - a memória mennyisége a digitális audiofájl tárolására.

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

Válasz: ≈ 10 MB

"4" szint

3. A felhasználónak 2,6 MB memória áll a rendelkezésére. 1 perces digitális hangfájlt kell rögzítenie. Mekkora legyen a mintavételezési gyakoriság és a bitmélység?

Megoldás:

A mintavételi sebesség és a bitmélység kiszámításának képlete: D * I = A / T

(memória mérete bájtban): (lejátszási idő másodpercben):

2,6 MB = 2726297,6 bájt

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

D = 45438,3 bájt: I

Az adapter bitmérete 8 vagy 16 bit lehet. (1 bájt vagy 2 bájt). Ezért a mintavételi frekvencia lehet 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz-szabványos jellemző mintavételi frekvencia, vagy 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- szabványos jellemző mintavételi gyakoriság

Válasz:

	Mintavételi gyakoriság	Az audioadapter bitmélysége
1.opció	22,05 kHz	16 bites
2. lehetőség	44,1 kHz	8 bites

4. Szabad lemezterület - 5,25 MB, hangkártya kapacitása - 16. Mennyi ideig tart egy 22,05 kHz-es mintavételezési frekvenciával rögzített digitális hangfájl?

Megoldás:

A hang időtartamának kiszámításának képlete: T = A / D / I

(memória mérete bájtban): (mintavételi frekvencia Hz-ben): (hangkártya kapacitása bájtban):

5,25 MB = 5505024 bájt

5505024 bájt: 22050 Hz: 2 bájt = 124,8 mp
Válasz: 124,8 másodperc

5. Egy perc digitális hangfájl rögzítése 1,3 MB-ot foglal el a lemezen, a hangkártya kapacitása - 8. Mekkora a felvett hang mintavételezési gyakorisága?

Megoldás:

A mintavételi sebesség kiszámításának képlete: D = A / T / I

(memória mérete bájtban): (rögzítési idő másodpercben): (hangkártya kapacitása bájtban)

1,3 MB = 1363148,8 bájt

1363148,8 bájt: 60:1 = 22719,1 Hz

Válasz: 22,05 kHz

6. Két percnyi digitális audiofájl rögzítése 5,1 MB-ot foglal el egy lemezen. A mintavételezési frekvencia 22050 Hz. Mekkora az audioadapter bitmélysége?

Megoldás:

A bitmélység kiszámításának képlete: (memória mérete bájtban): (lejátszási idő másodpercben): (mintavételi gyakoriság):

5,1 MB = 5347737,6 bájt

5347737,6 bájt: 120 mp: 22050 Hz = 2,02 bájt = 16 bit

Válasz: 16 bites

7. Szabad lemezterület - 0,01 GB, hangkártya kapacitása - 16. Mennyi ideig tart egy 44100 Hz-es mintavételezési frekvenciával rögzített digitális hangfájl?

Megoldás:

Képlet a hang időtartamának kiszámításához T = A / D / I

(memória mérete bájtban): (mintavételezési frekvencia Hz-ben): (hangkártya kapacitása bájtban)

0,01 GB = 10737418,24 bájt

10737418,24 bájt: 44100: 2 = 121,74 mp = 2,03 perc
Válasz: 20,3 perc

Megoldás:

a)

16 bit x 8000 = 128 000 bit = 16 000 bájt = 15 625 KB / s

15,625 KB / s x 60 s = 937,5 KB

b).
1) Egy 1 másodperces hangfájl információs mennyisége:
16 bit x 24 000 = 384 000 bit = 48 000 bájt = 46,875 KB / s
2) Egy 1 perces időtartamú hangfájl információs mennyisége egyenlő:
46,875 KB / s x 60 s = 2812,5 KB = 2,8 MB

Válasz: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB

"5" szint

Az 1. táblázatot használjuk

9. Mennyi tárhely szükséges egy jó minőségű digitális audiofájl tárolásához, ha a lejátszási idő 3 perc?

Megoldás:

10. A digitális hangfájl gyenge minőségű hangfelvételt tartalmaz (a hang sötét és tompa). Mennyi ideig fog hangzani egy fájl, ha a mérete 650 Kb?

Megoldás:

A komor és tompa hangra a következő paraméterek jellemzőek: mintavételi frekvencia - 11, 025 KHz, audio adapter bitmélysége - 8 bit (lásd az 1. táblázatot). Ekkor T = A / D / I. A méretet konvertáljuk bájtokra: 650 KB = 665600 bájt

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

Válasz: a hang időtartama 60,5 s

Megoldás:

Egy 1 másodperces hangfájl információs hangereje egyenlő:
16 bit x 48 000 x 2 = 1 536 000 bit = 187,5 KB (sztereó óta 2-vel szorozva).

Egy 1 perces időtartamú hangfájl információs mennyisége egyenlő:
187,5 KB / s x 60 s ≈ 11 MB

Válasz: 11 MB

Válasz: a) 940 KB; b) 2,8 MB.

12. Számítsa ki egy mono-audio fájl lejátszási idejét, ha 16 bites kódolással és 32 kHz-es mintavételezési frekvenciával a hangereje:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

Megoldás:

a)
1) Egy 1 másodperces hangfájl információs mennyisége:

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

b).
1) Egy 1 másodperces hangfájl információs mennyisége:
16 bit x 32 000 = 512 000 bit = 64 000 bájt = 62,5 KB / s
2) Egy 700 KB-os mono-audio fájl lejátszási ideje:
6300 KB: 62,5 KB/s = 100,8 s = 1,68 perc

Válasz: a) 10 mp; b) 1,5 perc.

Megoldás:

Válasz: 88064 bájt (1 másodperc), 5283840 bájt (1 perc), 403,125 MB (80 perc)

2. Hangminőség meghatározása.

A hangminőség meghatározásához meg kell találnia a mintavételi frekvenciát, és az 1-es számú táblázatot kell használnia

256 (2 8) jelintenzitási szint - egy rádióadás hangminősége, 65536 (2 16) jelintenzitási szint használatával - egy audio CD hangminősége. A legjobb minőségű frekvencia megegyezik a CD-n rögzített zenével. Az analóg jel értékét ebben az esetben másodpercenként 44 100-szor mérjük.

"5" szint

13. Ha tudja, hogy egy 10 másodperces monó hangfájl hangereje van, határozza meg a hangminőséget (rádió adás minősége, átlagos minőség, audio CD minőség). egyenlő:
a) 940 KB;
b) 157 KB.

(, 76. o., 2.83. sz.)

Megoldás:

a)
1) 940 KB = 962560 bájt = 7700480 bit
2) 7700480 bit: 10 mp = 770048 bps
3) 770048 bps: 16 bit = 48128 Hz - mintavételi frekvencia - közel a legmagasabb 44,1 kHz-hez
Válasz: audio CD minőség

b).
1) 157 KB = 160768 bájt = 1286144 bit
2) 1286144 bit: 10 mp = 128614,4 bps
3) 128 614,4 bps: 16 bit = 8038,4 Hz
Válasz: a rádióadás minősége

Válasz: a) CD minőség; b) a rádióadás minősége.

(, 77. o., 2.85. sz.)

Megoldás:

a)

8 bit x 8 000 = 64 000 bit = 8 000 bájt = 7,8 KB / s
3) Egy 1423,5 KB térfogatú mono-audio fájl lejátszási ideje egyenlő:
1423,5 KB: 7,8 KB / s = 182,5 s ≈ 3 perc

b).
1) A hajlékonylemez információs kötete:
2847 szektor x 512 bájt = 1457664 bájt = 1423,5 KB
2) Egy 1 másodperces hangfájl információs mennyisége:
16 bit x 48 000 x 2 = 1 536 000 bit = 192 000 bájt = 187,5 KB / s
3) Egy 1423,5 KB-os sztereó audiofájl lejátszási ideje megegyezik:
1423,5 KB: 187,5 KB / s = 7,6 s

Válasz: a) 3 perc; b) 7,6 másodperc.

3. Bináris hangkódolás.

A feladatok megoldása során a következő elméleti anyagokat használja:

A hang kódolásához az ábrán látható analóg jelet,

a sík függőleges és vízszintes vonalakra oszlik. A függőleges felosztás az analóg jel mintavételezése (jelmérési frekvencia), a vízszintes felosztás az kvantálás szint szerint. Azok. minél finomabb a rács, annál jobban közelítjük az analóg hangot a számok segítségével. A nyolcbites kvantálást a közönséges beszéd (telefonbeszélgetés) és a rövidhullámú rádióadások digitalizálására használják. Tizenhat bites - zene és VHF (ultra-rövidhullámú) rádióadások digitalizálására.

"3" szint

Megoldás:

Válasz: 2 alkalommal.

szint "4"

Mekkora legyen az emberi hang mintavételezési gyakorisága?
Melyik legyen nagyobb: a beszéd mintavételezési gyakorisága vagy egy szimfonikus zenekar hangjának mintavételezési gyakorisága?

Megoldás:

Válasz: nem kevesebb, mint 40 kHz, a szimfonikus zenekar mintavételezési frekvenciája magasabb.

"5" szint

Megoldás:

A 10 Hz-es kódolás azt jelenti, hogy másodpercenként 10-szer kell megmérnünk a hangmagasságot. Válasszunk egyenlő távolságra lévő időpillanatokat:

A 3 bites kód 2 3 = 8 kvantálási szintet jelent. Azaz a hangmagasság számkódjaként minden kiválasztott időpontban a következő kombinációk egyikét állíthatjuk be: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Ebből csak 8 van, ezért , a hangmagasság 8 "szinttel" mérhető:

A hangmagasság értékeket a legközelebbi alacsonyabb szintre kerekítjük:

Ezzel a kódolási módszerrel a következő eredményt kapjuk (szóközök vannak az olvashatóság érdekében): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Jegyzet. Célszerű felhívni a hallgatók figyelmét arra, hogy a kód mennyire pontatlanul közvetíti az amplitúdóváltozást. Vagyis a 10 Hz-es mintavételezési frekvencia és a 2 3 (3 bit) kvantálási szint túl alacsony. A hanghoz (hanghoz) jellemzően 8 kHz-es mintavételezési frekvenciát választanak, azaz 8000-szer másodpercenként, a kvantálási szint pedig 2 8 (8 bites kód).

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

Megoldás:

Jegyzet. Figyelembe kell venni, hogy a mérőműszernek is fenn kell tartania a kiválasztott kvantálási szintet (a deciméteres osztású vonalzóval mért hosszt, nincs értelme milliméteres pontossággal ábrázolni).

Cél.Értse meg az audio információ konvertálásának folyamatát, sajátítsa el az audio információ hangerejének kiszámításához szükséges fogalmakat. Tanulj meg problémákat megoldani egy témában.

A cél a motiváció. Felkészülés a vizsgára.

Tanterv

1. A témában tartott előadás megtekintése tanári megjegyzésekkel. melléklet 1. sz

Prezentációs anyag: Hangkódolás.

A 90-es évek eleje óta a személyi számítógépek képesek hangos információkkal dolgozni. Minden hangkártyával, mikrofonnal és hangszóróval rendelkező számítógép képes hanginformációkat rögzíteni, menteni és lejátszani.

A hanghullámok bináris kóddá alakításának folyamata a számítógép memóriájában:

A számítógép memóriájában tárolt hanginformációk reprodukálásának folyamata:

Hang egy folyamatosan változó amplitúdójú és frekvenciájú hanghullám. Minél nagyobb az amplitúdó, annál hangosabb egy személy számára, minél magasabb a jel frekvenciája, annál magasabb a hangszín. A számítógépes szoftverek ma már lehetővé teszik, hogy a folyamatos hangjelet elektromos impulzusok sorozatává alakítsák, amely bináris formában ábrázolható. A folyamatos hangjel kódolásának folyamata során ez keletkezik időmintavétel . A folyamatos hanghullám külön kis időszakaszokra van felosztva, és minden ilyen szakaszhoz beállítanak egy bizonyos amplitúdóértéket.

Így a jel amplitúdójának folyamatos időfüggősége Nál nél) helyébe a hangerőszintek diszkrét sorozata lép. A grafikonon ez úgy néz ki, mintha egy sima görbét „lépések” sorozatára cserélnénk. Minden „lépéshez” hozzá van rendelve egy érték a hangerőszinthez, a kódhoz (1, 2, 3 stb.).

További). A hangerősségi szintek a lehetséges állapotok halmazának tekinthetők, illetve minél több hangerőszintet osztanak ki a kódolási folyamat során, annál több információt hordoznak az egyes szintek értékei, és annál jobb minőségű lesz a hang.

Audio adapter ( hangkártya) - egy számítógéphez csatlakoztatott speciális eszköz, amely a hangfrekvenciás elektromos rezgéseket numerikus bináris kóddá alakítja hang bevitelekor és fordított átalakításra (numerikus kódról elektromos rezgésekre) hang lejátszásakor.

A hangrögzítés során az audioadapter egy bizonyos periódussal méri az elektromos áram amplitúdóját, és beírja a kapott érték bináris kódját a regiszterbe. Ezután a regiszterből kapott kód átíródik a számítógép RAM-jába. A számítógépes hang minőségét az audioadapter jellemzői határozzák meg:

Mintavételi gyakoriság
Bitmélység (hangmélység).

Időbeli mintavételi sebesség

Ez a bemeneti jel méréseinek száma 1 másodperc alatt. A frekvenciát hertzben (Hz) mérik. Egy másodperc alatt egy mérés 1 Hz-es frekvenciának felel meg. 1000 mérés 1 másodperc alatt - 1 kilohertz (kHz). Az audioadapterek tipikus mintavételezési gyakorisága:

11 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz stb.

A bitmélység (hangmélység) az audioadapter regiszterben lévő bitek száma, a lehetséges hangszintek számát adja meg.

A bitmélység határozza meg a bemeneti jel mérésének pontosságát. Minél nagyobb a számjegykapacitás, annál kisebb a hiba az elektromos jel magnitúdójának minden egyes számmá történő átalakításakor, és fordítva. Ha a bitszélesség 8 (16), akkor a bemeneti jel mérésekor 2 8 = 256 (2 16 = 65536) különböző értékeket kaphatunk. Nyilvánvaló, hogy egy 16 bites audioadapter pontosabban kódolja és reprodukálja a hangot, mint egy 8 bites. A modern hangkártyák 16 bites hangkódolási mélységet biztosítanak. A különböző jelszintek (egy adott kódolás állapota) száma a következő képlettel számítható ki:

N = 2 I = 2 16 = 65536, ahol I a hang mélysége.

Így a modern hangkártyák 65536 jelszint kódolását képesek biztosítani. Az audiojel amplitúdójának minden értékéhez 16 bites kód tartozik. Ha egy folyamatos hangjelet binárisan kódolnak, akkor azt diszkrét jelszintek sorozata váltja fel. A kódolás minősége a jelszint időegységenkénti méréseinek számától függ, azaz mintavételi sebesség. Minél több mérést végeznek 1 másodperc alatt (minél nagyobb a mintavételi sebesség, annál pontosabb a bináris kódolási eljárás.

Hangfájl - egy fájl, amely a hanginformációkat numerikus bináris formában tárolja.

2. Ismételjük az információ mértékegységeit

1 bájt = 8 bit

1 KB = 2 10 bájt = 1024 bájt

1 MB = 2 10 KB = 1024 KB

1 GB = 2 10 MB = 1024 MB

1 TB = 2 10 GB = 1024 GB

1 PB = 2 10 TB = 1024 TB

3. A tanult anyagot konszolidálni az előadás, tankönyv megtekintésével

4. Problémák megoldása

Tutorial, amely bemutatja a megoldást az előadáson.

1. cél. Határozza meg egy 1 másodperces sztereó audiofájl információs hangerejét, kiváló hangminőséggel (16 bit, 48 kHz).

Feladat (önálló). Tutorial, amely bemutatja a megoldást az előadáson.
Határozza meg egy 10 másodperces, 22,05 kHz-es mintavételi frekvenciával és 8 bites felbontású digitális audiofájl információmennyiségét.

5. Horgonyzás. Problémamegoldás otthon, önállóan a következő órán

Határozza meg a memória mennyiségét egy digitális hangfájl tárolására, amelynek lejátszási ideje 44,1 kHz mintavételezési frekvenciával és 16 bites felbontásával két perc.

A felhasználó 2,6 MB memóriával rendelkezik. 1 perces digitális hangfájlt kell rögzítenie. Mekkora legyen a mintavételezési gyakoriság és a bitmélység?

Szabad lemezterület - 5,25 MB, hangkártya kapacitása - 16. Mennyi ideig tart egy 22,05 kHz-es mintavételezési frekvenciával rögzített digitális hangfájl?

Egy perc digitális hangfájl rögzítése 1,3 MB-ot vesz igénybe a lemezen, a hangkártya kapacitása - 8. Mekkora a felvett hang mintavételezési gyakorisága?

Mekkora tárhelyre van szükség egy kiváló minőségű, 3 perces lejátszási idővel rendelkező digitális audiofájl tárolásához?

A digitális hangfájl gyenge minőségű hangfelvételt tartalmaz (a hang sötét és tompa). Mennyi ideig fog hangzani egy fájl, ha a mérete 650 Kb?

Két percnyi digitális hangfájl rögzítése 5,05 MB-ot vesz igénybe egy lemezen. A mintavételezési frekvencia 22 050 Hz. Mekkora az audioadapter bitmélysége?

Szabad lemezterület - 0,1 GB, hangkártya kapacitása - 16. Mennyi ideig tart egy 44 100 Hz-es mintavételezési frekvenciával rögzített digitális hangfájl?

Válaszok

No. 92. 124,8 másodperc.

No. 93.22.05 kHz.

No. 94. Kiváló hangminőség érhető el 44,1 kHz-es mintavételezési frekvenciával és 16 audioadapter bitszélességgel. A szükséges memóriakapacitás 15,1 MB.

95. sz. A komor és tompa hangra a következő paraméterek jellemzőek: mintavételezési frekvencia - 11 kHz, audio adapter bitmélysége - 8. A hang időtartama 60,5 s.

No. 96,16 bit.

No. 97. 20,3 perc.

Irodalom

1. Tankönyv: Számítástechnika, problémakönyv-gyakorlati munka 1 kötet, szerkesztette I. G. Semakin, E. K. Henner)

2. Pedagógiai ötletek fesztiválja "Nyílt óra" Hang. Hanginformáció bináris kódolása. Elena Aleksandrovna Supryagina, számítástechnikai tanár.

3. N. Ugrinovich. Informatika és informatika. 10-11 évfolyam. Moszkva. Binomiális. Tudáslabor 2003.

Nagyapám gramofont hallgatott. Apa ifjúsága a tekercses magnó hangszórójából érkező zene mellett telt el. A kazettás magnók virágkora és hanyatlása fiatalságomra esett. A fiam a digitális audio korszakban nő fel. Annak érdekében, hogy lépést tartsak a korral, és jó "hangzást" biztosítsak a fiamnak, úgy döntöttem, hogy kitaláljam, mi határozza meg a digitális audiojel-visszaadás minőségét.

Beszéltem a zeneszerető barátaimmal. Információkeresést végzett az interneten. Ennek eredményeként arra a következtetésre jutottam, hogy a digitális korszakban kiváló hangzás érhető el, ha a modern zenei központok 7 alapelemét megfelelően választják ki:

a zene felvételének formátuma;
játékos;
digitális-analóg konverter;
erősítő;
akusztika;
kábelek;
táplálás.

Az alábbiakban megosztom észrevételeimet és következtetéseimet a jó minőségű digitális formátumú hangfelvételek elérésével kapcsolatban.

Lírai kitérő, a szakértőknek nem kell olvasniuk.

Hadd magyarázzam el dióhéjban, honnan származik a digitális hang. A felvételi folyamat során a mikrofon a mechanikai rezgéseket (magát a hangot) analóg elektromos jellé alakítja. Az analóg jel a legáltalánosabb esetben egy szinuszos jelhez hasonlít, amely mindannyiunk számára ismert a középiskola óta. Az analóg hangzás korszakában ezt a jelet rögzítették különféle adathordozókon, majd lejátszották.

A mikroprocesszoros technológia fejlődésével lehetővé vált az audio információk digitális formátumban történő rögzítése és tárolása. Ezeket a formátumokat analóg-digitális konverziós (ADC) eljárással nyerik.

Az ADC során az analóg jelet (a mi középiskolás szinuszhullámunk) diszkrétté alakítják (vagyis részekre vágják). A következő szakaszban a diszkrét jelet kvantáljuk, azaz. a szinusz minden kapott szegmenséhez digitális értéket rendelünk. A harmadik lépésben a kvantált jelet digitalizáljuk, azaz. 0 és 1 sorozat formájában kódolva. A digitális hangrögzítés tekintetében a hang amplitúdójára és frekvenciájára vonatkozó információ digitalizálásra kerül.

A digitális hangformátumok digitális audio információk rögzítésére és tárolására szolgálnak. Az audioformátum az audioadatok digitális megjelenítésére vonatkozó követelmények összessége.

Ha a hangminőségről beszélünk, a digitális formátumok 3 kategóriába sorolhatók:

További tömörítés nélküli formátumok (CDDA, DSD, WAV, AIFF stb.);
Veszteségmentes tömörített formátumok (FLAC, WavPack, ADX stb.);
Veszteséges tömörítési formátumok (MP3, AAC, RealAudio stb.).

Kiváló hangminőség érhető el az első és a második kategória formátumában mentett zene lejátszásakor. A harmadik kategória formátumaiban az adatmennyiség csökkentése érdekében az információk egy részét szándékosan kizárják. Például információ a rejtett frekvenciákról.

A látens frekvenciák azok, amelyek kívül esnek az átlagember érzékelési tartományán: 20 Hz - 22 kHz. Az audiofilek esetében ez a tartomány az egyéni pszichofiziológiai jellemzők miatt szélesebb.

Az otthoni hangkönyvtár befejezéséhez válassza ki a következő kiterjesztésű fájlokban elmentett rekordokat:

* A .wav, * .dff, * .dsf, * .aif, * .aiff tömörítetlen hangú fájlok;
* Az .mp4, * .flac, * .ape, * .wma a leggyakoribb veszteségmentesen tömörített hangfájlok.

A történelemből. Azt mondják, hogy a hangmegőrzéssel kapcsolatos legelső kísérleteket az ókori görögök végezték. Megpróbálták amforákban tartani a hangot. Valahogy így nézett ki: szavakat ejtettek az amforába, és gyorsan lezárták. Sajnos a mai napig egyetlen ilyen feljegyzés sem maradt fenn.

A lejátszó kiválasztását az otthoni audiokönyvtár kialakításának megértésével kell kezdeni. Vásárolhat CD-ket a régi módon, vagy folytathatja kedvenc zenéinek megvásárlását az interneten keresztül. Az utóbbi lehetőségnek két jelentős előnye van. Kompakt és környezetbarát:

A lakásban a CD-k tárolására szolgáló hely nem kérdéses.
A hibás lemezeket nem kell a szemetesbe dobni.

Eldöntötted, hogyan vásárolsz zenét? Bírság! Ha lemezeket vásárol - szüksége van egy CD-lejátszóra. Ha inkább online vásárol, keressen egy lejátszót merevlemezen vagy flash memórián. Eldöntetlen? Bírság! Keress egy sokoldalú játékost. Ezen a készüléken a hálózaton keresztül vásárolt lemezeket és fájlokat egyaránt meghallgathatja.

Természetesen lejátszóvá és személyi számítógépgé alakítható. De ez a lehetőség kényelmes, ha a számítógép valóban személyes. A billentyűzet helyéért való versengés és az esetleges konfliktusok lehetősége jelentősen csökkenti a jó minőségű zenehallgatás örömét.

A lemezjátszó kiválasztásakor különösen ügyeljen a rendelkezésre álló csatlakozókra. Minél több csatlakozási lehetőség, annál könnyebb lesz kiválasztani a zenei központ többi elemét.

A lejátszó egy sorozatot olvas be CD-ről vagy fájlból. Most jön a digitális hangvisszaadás legmatematikaibb pillanata. A digitális jel analógká alakul. Ez a számítás a DAC-ban vagy digitális-analóg konverterben történik.

A DAC beépíthető a lejátszóba, vagy külön egységként is megvalósítható. A kiváló hangminőség érdekében a második lehetőséget kell választania. A beépített konverter általában minőségileg rosszabb, mint a különálló. A külső DAC saját tápegységgel rendelkezik, beépített tápellátása a lejátszóval közös forrásból történik. Külső DAC használatakor szinte nincs hatással a lemezjátszó és az erősítő által okozott interferencia.

Az áramköri megoldásoknak megfelelő külső DAC 4 fő változatban valósul meg:

Impulzusszélesség modulátor;
Túlmintavételi séma;
Mérési típus;
Létra típusú, vagy lánc R-2R séma.

A kiváló hangminőség elérése érdekében rengeteg választási lehetőséggel az R-2R opció vitathatatlan. A precíziós ellenállásokon megvalósított speciális áramkörnek köszönhetően a létra típusú DAC nagyon nagy átalakítási pontosságot ér el.

Külső digitális-analóg konverter kiválasztásakor két fő jellemzőre kell figyelnie:

Bit mélység. Jó, ha a kiválasztott modell 24 bites.
Maximális mintavételi gyakoriság. Nagyon jó 96 kHz, nagyszerű 192 kHz.

A kiváló hangminőség eléréséhez erősítőt és hangszórórendszert kell vásárolnia. Valójában az audioközpont e két eleme egyként működik.

Egy kis elmélet. Az erősítő olyan eszköz, amelyet az analóg audiojelek teljesítményének növelésére terveztek. Lehetővé teszi a DAC-tól kapott jel és az akusztikai képességek összehangolását. A teljesítményelemek típusa szerint a teljesítményerősítők csöves és tranzisztoros erősítőkre oszthatók. Minden csoport tartalmaz visszacsatolásos és visszacsatolás nélküli eszközöket. A visszacsatolás bevezetése annak a torzításnak a kijavítására irányul, amelyet maga az erősítő visz be az erősített jelbe. A torzítás nélküli hangzáshoz azonban meg kell birkózni a hang dinamikatartományának egy részének elvesztésével.

Az "akusztika - erősítő" tandem kiválasztása szempontjából fontos az utóbbi osztályozása a teljesítményelem jellemzőinek típusa szerint. Vannak trióda és pentóda karakterisztikával rendelkező erősítők. A pentóda erősítők csöves és tranzisztoros változatban is kaphatók. Alkalmasak könyvespolcokhoz vagy egyszerű padlón álló hangszórókhoz. Érzékeny, 90 dB vagy nagyobb tartományú padlóakusztika esetén jobb, ha trióda karakterisztikával rendelkező erősítőket választanak.

Még a vásárlás előtt meg kell próbálnia elérni a tökéletes egyensúlyt az erősítő képességei és az akusztika között. A legjobb, ha közvetlenül az üzletben kéri meg tanácsadókat, hogy a kiválasztott hangsugárzórendszert különböző erősítőkkel együtt hajtsák meg. Ki kell választania azt a készletet, amelyik a legjobban tetszik a fülének.

Milyen a jó hangszórórendszer, az a legzavaróbb kérdés. Az akusztika kiválasztása a személy hallásának egyéni jellemzőitől, annak a helyiségnek a paramétereitől, amelyben a rendszer található, és a pénzügyi lehetőségektől függ. Ebben a háromváltozós rendszerben nagyon nehéz édes helyet találni. Ezért három alapvető lehetőséget fogunk megvizsgálni a probléma megoldására.

Egyes megoldás. Költségvetési. Otthoni audioközpontját felszerelheti könyvespolc hangszórókkal. Ezeket a kis rendszereket könyvespolcon is el lehet helyezni. Kényelmesek kis helyekre. Kis mérete miatt olcsó választás. Jelentős hátránya ennek a megoldásnak, hogy a "polcos" akusztika nem ad normális basszus hangot.

Második megoldás. Fényűző. Ha a helyiség méretei és az anyagi lehetőségek megengedik, akkor padlóakusztikát vásárolhat. Ez a rendszer méretéből adódóan nagy átmérőjű mélysugárzót is tartalmazhat. Így lehetőség van a jó basszus élvezetére.

Harmadik megoldás. "Arany" kompromisszum. Ez a megoldás nagy és kis helyekre alkalmas, és megfizethető. Ez egy mélynyomó és műholdak vásárlásából áll. A mélysugárzó felelős a kiváló minőségű mélyhangvisszaadásért. A magas frekvenciákat a sztellitek reprodukálják.

Az akusztika kiválasztásakor ne kövessen semmilyen tanácsot. Csak a saját füledre kell hagyatkoznod. Arra is fel kell készülni, hogy az üzletben és a lakásban más lesz az akusztika hangja.

Az összekötő vezetékek megválasztása olyan kérdés, amelyet mindenképpen meg kell oldani a jó hangminőség elérése érdekében. Sok cikk született a kábel hangra gyakorolt hatásáról. Az egyetlen dolog, amiben a szerzők egységességet értek el, az a kábel hosszára vonatkozó követelmény. Minél rövidebb, annál jobb – ez az aranyszabály a patch kábelek kiválasztásakor.

Egy kis elmélet. A kábeleket összekötő és akusztikus kábelekre osztják. Az összekötőket audioközponti egységek, például lejátszó és DAC csatlakoztatására használják. A hangsugárzókábelek a hangszórórendszer és a teljesítményerősítő csatlakoztatására szolgálnak.

A vezetékek anyagának típusa szerint a kábeleket OFC-re, OCC-re és kompozitra osztják. Az OFC oxigénmentes rézkábelek, amelyeket áthúzási módszerrel gyártanak. Az OCC monokristályos rézből készült kábelek, amelyeket közvetlenül az olvadékból nyernek. A kompozit kábelek olyan kábelek, amelyekben a vezető több anyagból áll.

Ha az a cél, hogy különböző gyártók blokkjaiból az ideális audioközpontot hozza létre, próbálja meg a lehető legrövidebb csatlakozókábeleket használni. És készüljön fel a kísérletezésre a tökéletes hangminőség érdekében.

Végül összeállt otthoni komplexumunk a kiváló minőségű digitális zenei reprodukcióhoz. Most csak egy apróság volt. A jó felszereléshez jó minőségű tápegység szükséges. Ha a legdrágább "márkás" erősítők, DAC-ok, lejátszók közös hálózatról táplálkoznak, akkor szó sem lehet minőségi hangzásról. A zajszennyezett feszültség megsemmisít minden erőfeszítést, hogy minőségi egységeket találjanak és vásároljanak egy audioközponthoz.

Minden egység tápellátását külön kábellel kell megszervezni. A kábeleket közvetlenül a lakás bejáratánál lévő kapcsolótáblához kell csatlakoztatni. A csatlakozóaljzatoknak a dugasz nagyfokú rögzítését kell biztosítaniuk. Célszerű hálózati szűrőt használni, tisztább lesz az áramellátás, így a hang is.

„Hanginformáció kódolása. Audio kódolás

(, 76. o., 2.82. sz.)

12. Számítsa ki egy mono-audio fájl lejátszási idejét, ha 16 bites kódolással és 32 kHz-es mintavételezési frekvenciával a hangereje: a) 700 KB; b) 6300 KB

(, 76. o., 2.84. sz.)

13. Ha tudja, hogy egy 10 másodperces monó hangfájl hangereje van, határozza meg a hangminőséget (rádió adás minősége, átlagos minőség, audio CD minőség). egyenlő: a) 940 KB; b) 157 KB.

(, 76. o., 2.83. sz.)

(, 77. o., 2.85. sz.)

Válasz: minél magasabb a kvantálási szint, annál pontosabban reprodukálható a hang.

12. Számítsa ki egy mono-audio fájl lejátszási idejét, ha 16 bites kódolással és 32 kHz-es mintavételezési frekvenciával a hangereje: a) 700 KB; b) 6300 KB

13. Ha tudja, hogy egy 10 másodperces monó hangfájl hangereje van, határozza meg a hangminőséget (rádió adás minősége, átlagos minőség, audio CD minőség). egyenlő: a) 940 KB; b) 157 KB.

(, 76. o., 2.83. sz.)

(, 77. o., 2.85. sz.)

Jelszó visszaállítás

12. Számítsa ki egy mono-audio fájl lejátszási idejét, ha 16 bites kódolással és 32 kHz-es mintavételezési frekvenciával a hangereje:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

13. Ha tudja, hogy egy 10 másodperces monó hangfájl hangereje van, határozza meg a hangminőséget (rádió adás minősége, átlagos minőség, audio CD minőség). egyenlő:
a) 940 KB;
b) 157 KB.

12. Számítsa ki egy mono-audio fájl lejátszási idejét, ha 16 bites kódolással és 32 kHz-es mintavételezési frekvenciával a hangereje:
a) 700 KB;
b) 6300 KB

13. Ha tudja, hogy egy 10 másodperces monó hangfájl hangereje van, határozza meg a hangminőséget (rádió adás minősége, átlagos minőség, audio CD minőség). egyenlő:
a) 940 KB;
b) 157 KB.