Звуковая информация. Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой. Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона. Чем больше амплитуда звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука (рис. 1.1.) На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту где-то в пределах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 колебание в секунду)   
Рис. 1.1. Зависимость громкости и высоты тона звука от интенсивности и частоты звуковой волны
Устройства ввода и вывода звуковой информации:
Что такое звук?
Звук в узком смысле — явление, субъективно воспринимаемое специальным органом чувств человека и животных.
Для расчета информационного объема закодированного звука (А) используется простая формула:
V = D * i * Т
Частота дискретизации(D)- это количество измерений громкости звука за одну секунду.Измеряется в герцах(Гц)
Глубина кодирования звука(i)-это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.Измеряется в битах(бит). В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111.
(T)-Это время звучания звука, измеряется в секундах(с)
Кодирование – преобразование входной информации в форму, воспринимаемую компьютером, то есть двоичный код.
Временная дискретизация звука. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек" (рис. 1.2) последовательность "ступенек" (рис. 1.2).Дискретизация — преобразование непрерывной функции в дискретную
Рис. 1.2. Временная дискретизация звука
Аналоговый сигнал — сигнал данных, у которого каждый из представляющих параметров описывается функцией времени и непрерывным множеством возможных значений.
Оцифровка звука — технология поделенным временным шагом и последующей записи полученных значений в численном виде. Оцифровка звука — аналогово-цифровое преобразование звука
Параметры сэмплирования
Важными параметрами сэмплированияявляются частота и разрядность
Частота - количество измерений амплитуды аналогового сигнала в секунду.
Разрядность указывает с какой точностью происходят изменения амплитуды аналогового сигнала. Точность, с которой при оцифровке передается значение амплитуды сигнала в каждый из моментов времени, определяет качество сигнала после цифро-аналогового преобразования. Именно от разрядности зависит достоверность восстановления формы волны.
Для кодирования значения амплитуды используют принцип двоичного кодирования. Звуковой сигнал должен быть представленным в виде последовательности электрических импульсов (двоичных нулей и единиц).
Кодирование оцифрованного звука перед его записью на носитель
Для хранения цифрового звука существует много различных способов. Оцифрованный звук являет собой набор значений амплитуды сигнала, взятых через определенные промежутки времени. Блок оцифрованной аудио информации можно записать в файл без изменений, то есть последовательностью чисел - значений амплитуды. В этом случае существуют два способа хранения информации. Первый - PCM (Pulse Code Modulation - импульсно-кодовая модуляция) - способ цифрового кодирования сигнала при помощи записи абсолютных значений амплитуд. (В таком виде записаны данные на всех аудио CD.) Второй - ADPCM (Adaptive Delta PCM - адаптивная относительная импульсно-кодовая модуляция) – запись значений сигнала не в абсолютных, а в относительных изменениях амплитуд (приращениях).
кодер – программа (или устройство), реализующая определенный алгоритм кодирования данных (например, архиватор, или кодер MP 3), которая в качестве ввода принимает исходную информацию, а в качестве вывода возвращает закодированную информацию в определенном формате. декодер – программа (или устройство), реализующая обратное преобразование закодированного сигнала в декодированный. кодек (от англ. «codec » - «Coder / Decoder ») - программный или аппаратный блок, предназначенный для кодирования/декодирования данных
Наиболее распространённые кодеки:
MP3 – MPEG-1 Layer 3 ОGG – Ogg Vorbis WMA – Windows Media Audio MPC - MusePack AAC – MPEG-2/4 AAC (Advanced Audio Coding) Стандарт MPEG-2 AAC Стандарт MPEG-4 AAC
Задачи |
ЗАДАЧА 1.
Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (16 битов, 48 кГц). Для этого количество битов, приходящихся на одну выборку
Решение: Используем формулу V = D * i * Т, 16 бит • 48 000 • 2 = 1 536 000 бит = 192 000 байт = 187,5 Кбайт.
ЗАДАЧА 2.
Оценить информационный объем цифрового стерео звукового файла длительностью звучания 1 минута при среднем качестве звука (16 битов, 24 кГц).
Решение: Используем формулу V = D * i * Т, 16 бит × 24 000 × 2 × 60 = 46 080 000 бит = 5 760 000 байт = 5 625 Кбайт ≈ 5,5 Мбайт