Дискретное (цифровое) представление звуковой информации

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 звуков различной громкости и тона, чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче, звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать реальный (записанный) звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала.

Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8 000 до 50 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Чем больше частота дискретизации, тем:

1. лучше качество цифрового звука*

2. хуже качество цифрового звука

Каждому уровню дискретизации присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.

Глубина кодирования звука — это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле

N = 2^I

Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно

N = 2^I = 2¹⁶ = 65 536.

Чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, будет при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине кодирования 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим моно). Высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, обеспечивается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине кодирования 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим стерео).

Пусть глубина кодирования звука составляет 8 битов, тогда количество уровней громкости звука:

1. 8

2. 16

3. 256*

4. 65 536

Решение задач:

Звуковая плата реализует 16-битовое двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Это позволяет воспроизводить звук с:

1) 8 уровнями интенсивности 2) 16 уровнями интенсивности

3) 256 уровнями интенсивности 4) 65 536 уровнями интенсивности

Решение:

Если глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно N = 2^I = 2¹⁶ = 65 536.

Ответ: 65 536

Звуковая плата реализует 8-битовое двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Это позволяет производить звук с:

1) 8 уровнями интенсивности 3) 256 уровнями интенсивности

2) 16 уровнями интенсивности 4) 65 536 уровнями интенсивности

Решение:

Если глубина кодирования звука составляет 8 битов, тогда количество уровней громкости звука равно N = 2^I = 2⁸ = 256.

Ответ: 256

Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 65 536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD), а затем – с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованных звуковых сигналов?

1) в 256 раз 2) в 16 раз 3) в 8 раз 4) в 2 раза

Решение:

N = 2^I, 65 536 = 2^I, 2¹⁶ = 2^I, I=16

N = 2^I, 256 = 2^I, 2⁸ = 2^I, I=8

Информационные объемы оцифрованных звуковых сигналов различаются в 2 раза.

Ответ: 2

Вычислите в килобайтах информационный объем стереоаудиофайла длительностью звучания 1 секунда при высоком качестве звука (глубина кодирования 16 битов, частота дискретизации 48 кГц).

1) 128 2) 93, 75 3) 187, 5 4) 375

Решение:

Зная частоту дискретизации и длительность звука легко установить количество измерений уровня сигнала за все время. Если частота дискретизации 48000Гц — значит, за 1 секунду происходит 48000 измерений.

1. На одно измерение требуется 16 бит памяти (глубина кодирования), следовательно на 48000 измерений потребуется 48 000*16 = 76 800 бит памяти.

2. Разделив, полученное число на 8 получим объем файла в байтах — 76 800/8=96000 байт.

3. Далее, чтобы перевести байты в килобайты, разделим полученное число на 1024 получим объем файла в килобайтах — 96000/1024=93, 75Кбайт.

А так как у нас стереозвук, умножаем результат на 2 — 93, 75*2=187, 5 кбайт.

Ответ: 187, 5 кбайт