Zařízení

Velikost zvukového souboru. Práce s PC zvukovým systémem

Volba 1

Laboratorní práce

„Kódování a zpracování zvukové informace»

cíle:

vzdělávací
vzdělávací -
rozvíjející se -

Pokrok:

Rozhodni se

Název souboru

f-vzorkovací frekvence

k - hloubka zvuku

t-hrací doba

Typ souboru

44,1 kHz

16 bit

1 min

stereo

1.wav

8 kHz

8 bitů

1 min

mono

2.wav

16 kHz

16 bit

1 min

stereo

3.wav

24 kHz

16 bit

1 min

mono

4.wav

32 kHz

16 bit

1 min

stereo

pro úkoly 7-9

5.wav

Ukažte částečně vyplněnou tabulku svému učiteli.

Spusťte editor zvukuDrzost .

Oříznout zvuk nabízeného souboru do 1 minuty, zvýraznění požadovaného časového úseku, spusťte příkaz Upravit - Oříznout podél okrajů.

Konvertovat wav .

Ve zvukovém editoru Drzost Například

Porovnejte

Předat nahlásit vyučujícímu k ověření.

Volba 2

Laboratorní práce

"Kódování zvukových informací"

cíle:

vzdělávací- zajistit u studentů utváření a využívání znalostí o kódování zvukové informace pomocí počítače a dovednosti při jejich zpracování pomocí aplikovaného softwaru software;
vzdělávací - kultivovat pozornost, přesnost, samostatnost;
rozvíjející se - dovednosti v používání aplikačního softwaru; schopnost řešit informační problémy.

Hardwarové a softwarové požadavky: sluchátka, zvukové soubory pro studenty, zvukový editor Audacity, program pro nahrávání zvuku OC Windows.

Pokrok:

Rozhodni seúkoly z tabulky níže.

Určete objem zvukové informace pomocí vzorce V = f *k *t, kde

f - vzorkovací frekvence, k - hloubka zvuku, t - doba přehrávání

Prezentujte řešení úloh ve formě tabulky.

Ve sloupci „Odhadovaný objem“ zvukový soubor» Odpovědi na vyřešené problémy si zapište sami. Uveďte odpověď v megabajtech.

Název souboru

f-vzorkovací frekvence

k - hloubka zvuku

t-hrací doba

Typ souboru

Odhadovaná velikost zvukového souboru

Skutečná velikost zvukového souboru

44,1 kHz

16 bit

45 s

stereo

1.wav

8 kHz

8 bitů

45 s

stereo

2.wav

1 1,025 kHz

16 bit

45 s

mono

3.wav

24 kHz

Spusťte editor zvukuDrzost .

Oříznout zvuk nabízeného souboru až 45 sekund, vyberte požadovanou dobu, spusťte příkaz Upravit - Oříznout podél okrajů.

Konvertovat nabízený soubor do souboru s příponou wav . Uložte tento soubor se stejným názvem.

Ve zvukovém editoru Drzost vytvořit efekty pro vám nabízený zvukový soubor. Například, posledních 10 sekund souboru zmizí

Rozdělte stereo stopu a poté smažte jednu ze stop. Konvertovat tento soubor ze stereo na mono. Uložte tento soubor s novým názvem a příponou wav.

Porovnejte svazky souborů. Vyplňte tabulku údaji.

Předat nahlásit vyučujícímu k ověření.

Cílová. Pochopit proces převodu zvukové informace, osvojit si pojmy nezbytné pro výpočet objemu zvukové informace. Naučte se řešit problémy k tématu.

Cílová motivace. Příprava na jednotnou státní zkoušku.

Plán lekce

1. Prohlédněte si prezentaci na dané téma s komentářem učitele. Příloha 1

Prezentační materiál: Kódování zvukových informací.

Od počátku 90. let osobní počítače dostal příležitost pracovat se zvukovými informacemi. Každý počítač, který má zvukovou kartu, mikrofon a reproduktory, může nahrávat, ukládat a přehrávat zvukové informace.

Proces přeměny zvukových vln na binární kód v paměti počítače:

Proces reprodukce zvukových informací uložených v paměti počítače:

Zvuk je zvuková vlna s plynule se měnící amplitudou a frekvencí. Čím větší je amplituda, tím je pro člověka hlasitější, čím vyšší je frekvence signálu, tím vyšší je tón. Počítačový software nyní umožňuje kontinuální audio signál převést na sekvenci elektrických impulsů, které mohou být reprezentovány v binární formě. V procesu kódování nepřetržitého zvukového signálu je vzorkování času . Souvislá zvuková vlna je rozdělena na samostatné malé dočasné úseky a pro každý takový úsek je nastavena určitá hodnota amplitudy.

Tedy spojitá závislost amplitudy signálu na čase Na) je nahrazena diskrétní sekvencí úrovní hlasitosti. Na grafu to vypadá jako nahrazení hladké křivky sekvencí „kroků“ Každému „kroku“ je přiřazena hodnota hlasitosti zvuku, jeho kód (1, 2, 3 atd.).

Dále). Úrovně hlasitosti zvuku lze chápat jako soubor možných stavů, resp velké množstvíúrovně hlasitosti budou zvýrazněny během procesu kódování, tím více informací bude význam každé úrovně nést a tím lepší bude zvuk.

Audio adaptér ( zvuková karta) je speciální zařízení připojené k počítači, určené k převodu elektrických vibrací zvukové frekvence na číselný binární kód při vstupu zvuku a ke zpětnému převodu (z číselného kódu na elektrické vibrace) při přehrávání zvuku.

V procesu záznamu zvuku audio adaptér změří amplitudu elektrického proudu s určitou periodou a zadá binární kód výsledné hodnoty do registru. Poté se výsledný kód z registru přepíše do paměti RAM počítače. Kvalita zvuku počítače je určena vlastnostmi zvukového adaptéru:

Vzorkovací frekvence
Bitová hloubka (hloubka zvuku).

Vzorkovací frekvence času

Toto je počet dimenzí vstupní signál za 1 sekundu. Frekvence se měří v Hertzech (Hz). Jedno měření za sekundu odpovídá frekvenci 1 Hz. 1000 měření za 1 sekundu – 1 kilohertz (kHz). Typické vzorkovací frekvence audio adaptérů:

11 kHz, 22 kHz, 44,1 kHz atd.

Šířka registru (hloubka zvuku) je počet bitů v registru zvukového adaptéru, který určuje počet možných úrovní zvuku.

Bitová hloubka určuje přesnost měření vstupního signálu. Čím větší je bitová hloubka, tím menší je chyba každého jednotlivého převodu hodnoty elektrického signálu na číslo a zpět. Pokud je bitová hloubka 8 (16), pak při měření vstupního signálu lze získat 2 8 = 256 (2 16 = 65536) různých hodnot. Je zřejmé, že 16bitový zvukový adaptér kóduje a reprodukuje zvuk přesněji než 8bitový. Moderní zvukové karty poskytují 16bitovou hloubku kódování zvuku. Počet různých úrovní signálu (stavů pro dané kódování) lze vypočítat pomocí vzorce:

N = 2 I = 2 16 = 65536, kde I je hloubka zvuku.

Moderní zvukové karty tak mohou poskytnout kódování 65536 úrovní signálu. Každé hodnotě amplitudy audio signálu je přiřazen 16bitový kód. Při binárním kódování spojitého audio signálu je tento nahrazen sekvencí diskrétních úrovní signálu. Kvalita kódování závisí na počtu měření úrovně signálu za jednotku času, tzn vzorkovací frekvence.Čím více měření je provedeno za 1 sekundu (čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím přesnější je postup binárního kódování.

Zvukový soubor - soubor, který ukládá zvukové informace v číselné binární formě.

2. Zopakujte jednotky měření informace

1 bajt = 8 bitů

1 KB = 2 10 bajtů = 1024 bajtů

1 MB = 2 10 KB = 1024 KB

1 GB = 2 10 MB = 1 024 MB

1 TB = 2 10 GB = 1 024 GB

1 PB = 2 10 TB = 1 024 TB

3. Upevněte naučenou látku sledováním prezentace nebo učebnice

4. Řešení problémů

Učebnice, ukazující řešení na prezentaci.

Úkol 1. Určete informační hlasitost stereo audio souboru s délkou zvuku 1 sekundu, když vysoká kvalita zvuk (16 bitů, 48 kHz).

Úkol (nezávisle). Učebnice, ukazující řešení na prezentaci.
Určete informační objem digitálního zvukového souboru s délkou zvuku 10 sekund při vzorkovací frekvenci 22,05 kHz a rozlišení 8 bitů.

5. Konsolidace. Řešení problémů doma, samostatně v další lekci

Určete velikost paměti pro uložení digitálního zvukového souboru, jehož doba přehrávání je dvě minuty při vzorkovací frekvenci 44,1 kHz a rozlišení 16 bitů.

Uživatel má k dispozici paměť o kapacitě 2,6 MB. Je nutné nahrát digitální zvukový soubor s délkou zvuku 1 minutu. Jaká by měla být vzorkovací frekvence a bitová hloubka?

Velikost volné paměti na disku je 5,25 MB, bitová hloubka zvukové karty je 16. Jaká je doba trvání zvuku digitálního zvukového souboru nahraného se vzorkovací frekvencí 22,05 kHz?

Jedna minuta záznamu digitálního zvukového souboru zabere 1,3 MB místa na disku a bitová kapacita zvukové karty je 8. Při jaké vzorkovací frekvenci se zvuk nahrává?

Kolik paměti je potřeba k uložení vysoce kvalitního digitálního zvukového souboru s dobou přehrávání 3 minuty?

Digitální zvukový soubor obsahuje nekvalitní zvukový záznam (zvuk je tmavý a tlumený). Jaká je délka souboru, je-li jeho velikost 650 kB?

Dvě minuty záznamu digitálního zvukového souboru zaberou 5,05 MB místa na disku. Vzorkovací frekvence - 22 050 Hz. Jaká je bitová hloubka audio adaptéru?

Velikost volné paměti na disku je 0,1 GB, bitová hloubka zvukové karty je 16. Jaká je doba trvání zvuku digitálního zvukového souboru nahraného se vzorkovací frekvencí 44 100 Hz?

Odpovědi

č. 92. 124,8 sekund.

č. 93. 22,05 kHz.

č. 94. Vysoké kvality zvuku je dosaženo se vzorkovací frekvencí 44,1 kHz a bitovou hloubkou audio adaptéru 16. Požadovaná velikost paměti je 15,1 MB.

č. 95. Pro ponurý a tlumený zvuk jsou typické následující parametry: vzorkovací frekvence - 11 kHz, bitová hloubka audio adaptéru - 8. Délka zvuku je 60,5 s.

č. 96. 16 bitů.

č. 97. 20,3 minuty.

Literatura

1. Učebnice: Informatika, problémová kniha-dílna, svazek 1, upravil I.G Semakin, E.K. Henner)

2. Festival pedagogických myšlenek „Otevřená lekce“ Sound. Binární kódování zvukové informace. Suprjagina Elena Aleksandrovna, učitelka informatiky.

3. N. Ugrinovič. Počítačová věda a informační technologie. 10-11 tříd. Moskva. Binomický. Vědomostní laboratoř 2003.

Při řešení problémů studenti spoléhají na následující koncepty:

Vzorkování času – proces, při kterém se při kódování spojitého audio signálu zvuková vlna rozdělí na samostatné malé časové úseky a pro každý takový úsek se nastaví určitá hodnota amplitudy. Čím větší je amplituda signálu, tím je zvuk hlasitější.

Hloubka zvuku (hloubka kódování) -počet bitů na kódování zvuku.

Úrovně hlasitosti (úrovně signálu)- zvuk může mít různé úrovně hlasitosti. Počet různých úrovní hlasitosti se vypočítá pomocí vzorce N= 2 já Kdejá– hloubka zvuku.

Vzorkovací frekvence - počet měření úrovně vstupního signálu za jednotku času (za 1 sekundu). Čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím přesnější je postup binárního kódování. Frekvence se měří v Hertzech (Hz). 1 měření za 1 sekundu -1 Hz.

1000 měření za 1 sekundu 1 kHz. Označme vzorkovací frekvenci písmenemD. Pro kódování vyberte jednu ze tří frekvencí:44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Předpokládá se, že rozsah frekvencí, ze kterých člověk slyší, pochází 20 Hz až 20 kHz.

Binární kvalita kódování –hodnota, která je určena hloubkou kódování a vzorkovací frekvencí.

Audio adaptér (zvuková karta) – zařízení, které převádí elektrické vibrace zvukové frekvence na číselný binární kód při zadávání zvuku a naopak (z číselného kódu na elektrické vibrace) při přehrávání zvuku.

Specifikace audio adaptéru:vzorkovací frekvence a bitová hloubka registru.).

Velikost registru - počet bitů v registru audio adaptéru. Čím větší je kapacita číslic, tím menší je chyba každého jednotlivého převodu velikosti elektrického proudu na číslo a naopak. Pokud je bitová hloubka já, pak při měření vstupního signálu 2 lze získatjá = N různé významy.

Velikost digitálního mono audio souboru (A) se měří podle vzorce:

A= D* T* já/8 , KdeD – vzorkovací frekvence (Hz),T– čas přehrávání nebo nahrávání zvuku,jášířka registru (rozlišení). Podle tohoto vzorce se velikost měří v bajtech.

Velikost digitálního stereo audio souboru (A) se měří podle vzorce:

A=2* D* T* já/8 , signál je zaznamenán pro dva reproduktory, protože levý a pravý zvukový kanál jsou kódovány odděleně.

Pro studenty je užitečné uvést tabulku 1, který ukazuje, kolik MB zabere zakódovaná jedna minuta zvukové informace při různých vzorkovacích frekvencích:

1. Velikost digitálního souboru

úroveň "3"

1. Určete velikost (v bajtech) digitálního zvukového souboru, jehož doba přehrávání je 10 sekund při vzorkovací frekvenci 22,05 kHz a rozlišení 8 bitů. Soubor není komprimován. (, strana 156, příklad 1)

Řešení:

Vzorec pro výpočet velikosti (v bajtech) digitální audio soubor: A= D* T* já/8.

Pro převod na bajty je třeba výslednou hodnotu vydělit 8 bity.

22,05 kHz =22,05 * 1000 Hz =22050 Hz

A= D* T* já/8 = 22 050 x 10 x 8 / 8 = 220 500 bajtů.

Odpověď: Velikost souboru je 220 500 bajtů.

2. Určete velikost paměti pro uložení digitálního zvukového souboru, jehož doba přehrávání je dvě minuty při vzorkovací frekvenci 44,1 kHz a rozlišení 16 bitů. (, str. 157, č. 88)

Řešení:

A= D* T* já/8. – velikost paměti pro uložení digitálního zvukového souboru.

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

Odpověď: ≈ 10 MB

úroveň "4"

3. Uživatel má kapacitu paměti 2,6 MB. Je nutné nahrát digitální zvukový soubor s délkou zvuku 1 minutu. Jaká by měla být vzorkovací frekvence a bitová hloubka? (, str. 157, č. 89)

Řešení:

Vzorec pro výpočet vzorkovací frekvence a bitové hloubky: D* I =A/T

(kapacita paměti v bajtech) : (doba zvuku v sekundách):

2,6 MB = 2726297,6 bajtů

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

D=45438,3 bajtů: I

Šířka adaptéru může být 8 nebo 16 bitů. (1 bajt nebo 2 bajty). Vzorkovací frekvence tedy může být buď 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz–standardní charakteristická vzorkovací frekvence nebo 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- standardní charakteristická vzorkovací frekvence

Odpovědět:

	Vzorkovací frekvence	Kapacita audio adaptéru
1 možnost	22,05 kHz	16 bit
Možnost 2	44,1 kHz	8 bitů

4. Velikost volné paměti na disku je 5,25 MB, bitová hloubka zvukové karty je 16. Jaká je doba trvání zvuku digitálního zvukového souboru nahraného se vzorkovací frekvencí 22,05 kHz? (, str. 157, č. 90)

Řešení:

Vzorec pro výpočet délky zvuku: T=A/D/I

(kapacita paměti v bajtech) : (vzorkovací frekvence v Hz) : (kapacita zvukové karty v bajtech):

5,25 MB = 5505024 bajtů

5505024 bajtů: 22050 Hz: 2 bajty = 124,8 s
Odpověď: 124,8 sekund

5. Jedna minuta záznamu digitálního zvukového souboru zabere 1,3 MB místa na disku, bitová hloubka zvukové karty je 8. Při jaké vzorkovací frekvenci je zvuk zaznamenán? (, str. 157, č. 91)

Řešení:

Vzorec pro výpočet vzorkovací frekvence: D = A/T/I

(kapacita paměti v bajtech) : (doba záznamu v sekundách) : (kapacita zvukové karty v bajtech)

1,3 MB = 1363148,8 bajtů

1363148,8 bajtů: 60:1 = 22719,1 Hz

Odpověď: 22,05 kHz

6. Dvě minuty záznamu digitálního zvukového souboru zaberou 5,1 MB místa na disku. Vzorkovací frekvence - 22050 Hz. Jaká je bitová hloubka audio adaptéru? (, str. 157, č. 94)

Řešení:

Vzorec pro výpočet bitové hloubky: (kapacita paměti v bajtech): (doba zvuku v sekundách): (vzorkovací frekvence):

5,1 MB= 5347737,6 bajtů

5347737,6 bajtů: 120 s: 22 050 Hz= 2,02 bajtů = 16 bitů

Odpověď: 16 bitů

7. Velikost volné paměti na disku je 0,01 GB, bitová hloubka zvukové karty je 16. Jaká je doba trvání zvuku digitálního zvukového souboru nahraného se vzorkovací frekvencí 44100 Hz? (, str. 157, č. 95)

Řešení:

Vzorec pro výpočet délky zvuku T=A/D/I

(kapacita paměti v bajtech) : (vzorkovací frekvence v Hz) : (kapacita zvukové karty v bajtech)

0,01 GB = 10737418,24 bajtů

10737418,24 bajtů: 44100: 2 = 121,74 s = 2,03 min
Odpověď: 20,3 minut

8. Odhadněte objem informací monofonního zvukového souboru s délkou zvuku 1 minutu. pokud jsou „hloubka“ kódování a vzorkovací frekvence zvukového signálu stejné:
a) 16 bitů a 8 kHz;
b) 16 bitů a 24 kHz.

(, str. 76, č. 2,82)

Řešení:

A).
16 bitů x 8 000 = 128 000 bitů = 16 000 bajtů = 15,625 kB/s
15 625 kB/s x 60 s = 937,5 kB

b).
1) Objem informací zvukového souboru trvajícího 1 sekundu se rovná:
16 bitů x 24 000 = 384 000 bitů = 48 000 bajtů = 46,875 kB/s
2) Informační objem zvukového souboru trvajícího 1 minutu se rovná:
46,875 kB/s x 60 s = 2812,5 kB = 2,8 MB

Odpověď: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB

úroveň "5"

Tabulka 1 se používá

9. Kolik paměti je potřeba k uložení digitálního zvukového souboru s vysoce kvalitním zvukovým záznamem za předpokladu, že doba přehrávání je 3 minuty? (, str. 157, č. 92)

Řešení:

Vysoké kvality zvuku je dosaženo při vzorkovací frekvenci 44,1 kHz a bitové hloubce zvukového adaptéru 16.
Vzorec pro výpočet kapacity paměti: (doba záznamu v sekundách) x (kapacita zvukové karty v bajtech) x (vzorkovací frekvence):
180 s x 2 x 44100 Hz = 15876000 bajtů = 15,1 MB
Odpověď: 15,1 MB

10. Digitální zvukový soubor obsahuje nekvalitní zvukový záznam (zvuk je tmavý a tlumený). Jaká je délka souboru, je-li jeho velikost 650 kB? (, str. 157, č. 93)

Řešení:

Pro ponurý a tlumený zvuk jsou typické následující parametry: vzorkovací frekvence - 11,025 KHz, bitová hloubka audio adaptéru - 8 bitů (viz tabulka 1). Pak T=A/D/I. Převedeme objem na bajty: 650 KB = 665600 bajtů

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

Odpověď: Délka zvuku je 60,5 s

Řešení:

Objem informací zvukového souboru trvajícího 1 sekundu se rovná:
16 bitů x 48 000 x 2 = 1 536 000 bitů = 187,5 KB (vynásobeno 2, protože stereo).

Informační objem zvukového souboru trvajícího 1 minutu se rovná:
187,5 KB/s x 60 s ≈ 11 MB

Odpověď: 11 MB

Odpověď: a) 940 KB; b) 2,8 MB.

12. Vypočítejte dobu přehrávání mono zvukového souboru, pokud se při 16bitovém kódování a vzorkovací frekvenci 32 kHz jeho hlasitost rovná:
a) 700 kB;
b) 6300 kB

(, str. 76, č. 2,84)

Řešení:

A).
1) Objem informací zvukového souboru trvajícího 1 sekundu se rovná:

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

b).
1) Objem informací zvukového souboru trvajícího 1 sekundu se rovná:
16 bitů x 32 000 = 512 000 bitů = 64 000 bajtů = 62,5 kB/s
2) Doba přehrávání 700 kB mono zvukového souboru je:
6300 kB: 62,5 kB/s = 100,8 s = 1,68 min

Odpověď: a) 10 sekund; b) 1,5 min.

13. Vypočítejte, kolik bajtů informací zabírá jedna sekunda stereo záznamu na CD (frekvence 44032 Hz, 16 bitů na hodnotu). Jak dlouho trvá jedna minuta? Jaká je maximální kapacita disku (za předpokladu maximální doby trvání 80 minut)? (, str. 34, cvičení č. 34)

Řešení:

Vzorec pro výpočet velikosti paměti A= D* T* já:
(doba záznamu v sekundách) * (kapacita zvukové karty v bajtech) * (vzorkovací frekvence). 16 bitů -2 bajty.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 bajtů (1 sekunda stereo záznam na CD)
2) 60 s x 2 x 44032 Hz = 5283840 bajtů (1 minuta stereo záznamu na CD)
3) 4800 s x 2 x 44032 Hz = 422707200 bajtů = 412800 kB = 403,125 MB (80 minut)

Odpověď: 88064 bajtů (1 sekunda), 5283840 bajtů (1 minuta), 403,125 MB (80 minut)

2. Stanovení kvality zvuku.

Pro zjištění kvality zvuku je potřeba najít vzorkovací frekvenci a použít tabulku č.1

256 (28) úrovní intenzity signálu - kvalita zvuku rozhlasového vysílání, pomocí 65536 (216) úrovní intenzity signálu - kvalita zvuku audio CD. Nejkvalitnější frekvence odpovídá hudbě nahrané na CD. Velikost analogového signálu je v tomto případě měřena 44 100krát za sekundu.

úroveň "5"

13. Určete kvalitu zvuku (kvalita rozhlasového vysílání, průměrná kvalita, kvalita zvukového CD), pokud je známo, že hlasitost mono zvukového souboru s délkou zvuku 10 sekund. rovná:
a) 940 kB;
b) 157 kB.

(, str. 76, č. 2,83)

Řešení:

A).
1) 940 kB = 962560 bajtů = 7700480 bitů
2) 7700480 bitů: 10 s = 770048 bitů/s
3) 770048 bps: 16 bitů = 48128 Hz – vzorkovací frekvence – blízko nejvyšší 44,1 kHz
Odpověď: Kvalita zvukového CD

b).
1) 157 kB = 160768 bajtů = 1286144 bitů
2) 1286144 bitů: 10 s = 128614,4 bitů/s
3) 128614,4 bps: 16 bitů = 8038,4 Hz
Odpověď: kvalita vysílání

Odpověď: a) CD kvalita; b) kvalita rozhlasového vysílání.

14. Určete délku zvukového souboru, na který se vejde disketa 3,5". Vezměte prosím na vědomí, že pro ukládání dat na takovou disketu je přiděleno 2847 sektorů o velikosti 512 bajtů.
a) s nízkou kvalitou zvuku: mono, 8 bitů, 8 kHz;
b) s vysokou kvalitou zvuku: stereo, 16 bitů, 48 kHz.

(, str. 77, č. 2,85)

Řešení:

A).

8 bitů x 8 000 = 64 000 bitů = 8 000 bajtů = 7,8 kB/s
3) Doba přehrávání mono zvukového souboru o objemu 1423,5 KB se rovná:
1423,5 KB: 7,8 KB/s = 182,5 s ≈ 3 min

b).
1) Objem informací na disketě je roven:
2847 sektorů x 512 bajtů = 1457664 bajtů = 1423,5 kB
2) Objem informací zvukového souboru trvajícího 1 sekundu se rovná:
16 bitů x 48 000 x 2 = 1 536 000 bitů = 192 000 bajtů = 187,5 kB/s
3) Doba přehrávání stereo audio souboru o objemu 1423,5 kB se rovná:
1423,5 KB: 187,5 KB/s = 7,6 s

Odpověď: a) 3 minuty; b) 7,6 sekundy.

3. Binární kódování zvuku.

Při řešení problémů používá následující teoretický materiál:

Pro kódování zvuku použijte analogový signál zobrazený na obrázku

rovina se dělí na vertikální a vodorovné čáry. Vertikální rozdělení je vzorkování analogového signálu (frekvence měření signálu), horizontální rozdělení je kvantování podle úrovně. To znamená, že čím jemnější mřížka, tím lepší aproximace analogového zvuku pomocí čísel. Osmibitová kvantizace se používá k digitalizaci běžné řeči ( telefonní rozhovor) a rozhlasové vysílání na krátkých vlnách. Šestnáctibitový – pro digitalizaci hudby a VHF (ultrakrátkých vln) rozhlasového vysílání.

úroveň "3"

15. Analogový audio signál byl nejprve navzorkován pomocí 256 intenzit signálu (kvalita zvuku vysílání) a poté pomocí 65 536 intenzit signálu (kvalita zvuku audio CD). Kolikrát se liší informační objemy digitalizovaného zvuku? (, str. 77, č. 2,86)

Řešení:

Délka kódu analogového signálu využívajícího 256 úrovní intenzity signálu je 8 bitů a při použití 65536 úrovní intenzity signálu je 16 bitů. Protože se délka kódu jednoho signálu zdvojnásobila, informační objemy digitalizovaného zvuku se liší o faktor 2.

Odpověď: 2krát.

Úroveň "4"

16. Podle Nyquist-Kotelnikovovy věty, aby mohl být analogový signál přesně rekonstruován z jeho diskrétní reprezentace (z jeho vzorků), musí být vzorkovací frekvence alespoň dvojnásobkem maximální zvukové frekvence tohoto signálu.

· Jaká by měla být vzorkovací frekvence zvuku vnímatelného člověkem?

· Co by mělo být vyšší: vzorkovací frekvence řeči nebo vzorkovací frekvence symfonického orchestru?

Cíl: Seznámit studenty s vlastnostmi hardwaru a softwaru pro práci se zvukem. Typy aktivit: získávání znalostí z kurzu fyziky (nebo práce s příručkami). (, str. ??, úkol 2)

Řešení:

Předpokládá se, že rozsah frekvencí, které lidé slyší, je od 20 Hz do 20 kHz. Tedy podle Nyquist-Kotelnikovovy věty, aby byl analogový signál přesně rekonstruován z jeho diskrétní reprezentace (z jeho vzorků), Vzorkovací frekvence musí být alespoň dvojnásobkem maximální zvukové frekvence daného signálu. Maximum zvukový kmitočet který člověk slyší je -20 KHz, což znamená zařízení ra a software musí poskytovat vzorkovací frekvenci alespoň 40 kHz, přesněji 44,1 kHz. Počítačové zpracování zvuku symfonického orchestru vyžaduje vyšší vzorkovací frekvenci než zpracování řeči, protože frekvenční rozsah v případě symfonického orchestru je mnohem větší.

Odpověď: ne méně než 40 kHz, vzorkovací frekvence symfonického orchestru je vyšší.

úroveň "5"

17. Obrázek ukazuje zvuk 1 sekundy řeči zaznamenaný diktafonem. Zakódujte jej do binárního digitálního kódu s frekvencí 10 Hz a délkou kódu 3 bity. (, str. ??, úkol 1)

Řešení:

Kódování při 10 Hz znamená, že musíme měřit výšku tónu 10krát za sekundu. Vyberme si stejně vzdálené časové okamžiky:

Délka kódu 3 bity znamená 23 = 8 kvantizačních úrovní. To znamená, že jako číselný kód pro výšku zvuku v každém zvoleném okamžiku můžeme nastavit jednu z následujících kombinací: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Existuje pouze 8 proto lze výšku zvuku měřit v 8 "úrovních":

Hodnoty výšky „zaokrouhlíme“ na nejbližší nižší úroveň:

Použitím tato metoda kódování, dostaneme následující výsledek (mezery jsou zahrnuty pro usnadnění vnímání): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

Poznámka. Je vhodné upozornit studenty na to, jak nepřesně kód vyjadřuje změnu amplitudy. To znamená, že vzorkovací frekvence 10 Hz a úroveň kvantizace 23 (3 bity) jsou příliš malé. Typicky se pro zvuk (hlas) volí vzorkovací frekvence 8 kHz, tj. 8000krát za sekundu, a úroveň kvantizace 28 (8bitový kód).

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

18. Vysvětlete, proč je úroveň kvantizace spolu se vzorkovací frekvencí hlavní charakteristikou zvukové reprezentace v počítači. cíle: upevnit porozumění studentů pojmům „přesnost reprezentace dat“, „chyba měření“, „chyba reprezentace“; Projděte si se studenty binární kódování a délku kódu. Typ činnosti: práce s definicemi pojmů. (, str. ??, úkol 3)

Řešení:

V geometrii, fyzice a technologii existuje pojem „přesnost měření“, který úzce souvisí s pojmem „chyba měření“. Existuje ale také koncept "přesnost zobrazení". Například o výšce člověka můžeme říci, že je: a) přibližně. 2 m, b) o něco více než 1,7 m, c) rovná se 1 m 72 cm, d) rovná se 1 m 71 cm 8 mm. To znamená, že k označení naměřené výšky lze použít 1, 2, 3 nebo 4 číslice.
Totéž platí pro binární kódování. Pokud se k záznamu výšky zvuku v určitém okamžiku použijí pouze 2 bity, pak, i když byla měření přesná, lze přenášet pouze 4 úrovně: nízká (00), podprůměrná (01), nadprůměrná ( 10), vysoká (11). Pokud použijete 1 bajt, můžete přenést 256 úrovní. Jak vyšší kvantizační úroveň, nebo, což je stejné jako Čím více bitů je přiděleno pro záznam naměřené hodnoty, tím přesněji je tato hodnota přenášena.

Poznámka. Nutno podotknout, že měřicí přístroj musí podporovat i zvolenou kvantizační úroveň (délku měřenou pravítkem s decimetrovými dílky nemá smysl znázorňovat s přesností na milimetr).

Odpověď: čím vyšší je úroveň kvantizace, tím přesněji je zvuk přenášen.

Literatura:

[ 1] Počítačová věda. Problémová kniha-dílna ve 2 svazcích /Ed. , : Svazek 1. – Laboratoř Základní znalosti, 1999 – 304 s.: ill.

Workshop z informatiky a informačních technologií. Návod pro vzdělávací instituce/ , . – M.: Binom. Laboratoř znalostí, 2002. 400 s.: ill.

Informatika ve škole: Příloha časopisu „Informatika a vzdělávání“. č. 4 - 2003. - M.: Vzdělávání a informatika, 2003. - 96 s.: ill.

Atd. Informační kultura: informace oding. Informační modely. Ročníky 9-10: Učebnice pro všeobecně vzdělávací instituce. - 2. vyd. - M.: Drop, 1996. - 208 s.: ill.

Senokosov o informatice pro školáky. - Jekatěrinburg: “U-Factoria”, 2003. - 346. s. 54-56.

Základní pojmy

Vzorkovací frekvence (f) určuje počet vzorků uložených za 1 sekundu;

1 Hz (jeden hertz) je jeden impuls za sekundu,

a 8 kHz je 8000 vzorků za sekundu

Hloubka kódování (b) je počet bitů potřebných k zakódování 1 úrovně hlasitosti

Doba hraní (t)

Kapacita paměti pro ukládání dat 1 kanál (mono)

I = f b t

(pro uložení informací o zvuku trvajícím t sekund je zapotřebí kódování se vzorkovací frekvencí f Hz a hloubkou kódování b bitů já bit paměti)

Na dvoukanálové nahrávání (stereo) Množství paměti potřebné k uložení dat pro jeden kanál se vynásobí 2

I=fbt2

Jednotky I - bity, b - bity, f - Hertz, t - sekundy Vzorkovací frekvence 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz

Kódování zvukových informací

Základní teoretické principy

Časové vzorkování zvuku. Aby počítač mohl zpracovávat zvuk, musí být nepřetržitý zvukový signál převeden do digitální diskrétní formy pomocí časového vzorkování. Souvislá zvuková vlna je rozdělena na samostatné malé dočasné úseky a pro každý takový úsek je nastavena určitá hodnota intenzity zvuku.

Plynulá závislost hlasitosti zvuku na čase A(t) je tedy nahrazena diskrétní sekvencí úrovní hlasitosti. Na grafu to vypadá jako nahrazení hladké křivky sekvencí „kroků“.

Vzorkovací frekvence. Mikrofon připojený ke zvukové kartě se používá k záznamu analogového zvuku a jeho převodu do digitální podoby. Kvalita výsledného digitálního zvuku závisí na počtu měření úrovně hlasitosti zvuku za jednotku času, tzn. vzorkovací frekvence. Čím více měření je provedeno za 1 sekundu (čím vyšší je vzorkovací frekvence), tím přesněji „žebřík“ digitálního audio signálu sleduje křivku analogového signálu.

Vzorkovací frekvence zvuku je počet měření hlasitosti zvuku za jednu sekundu, měřeno v Hertzech (Hz). Označme vzorkovací frekvenci písmenem F.

Vzorkovací frekvence zvuku se může pohybovat od 8 000 do 48 000 měření hlasitosti zvuku za sekundu. Pro kódování vyberte jednu ze tří frekvencí: 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Hloubka kódování zvuku. Každému „kroku“ je přiřazena určitá úroveň hlasitosti. Úrovně hlasitosti zvuku lze chápat jako soubor možných stavů N, které ke kódování vyžadují určité množství informací b , která se nazývá hloubka kódování zvuku

Hloubka kódování zvuku je množství informací potřebných ke kódování diskrétních úrovní hlasitosti digitálního zvuku.

Pokud je známa hloubka kódování, lze počet úrovní hlasitosti digitálního zvuku vypočítat pomocí vzorce N = 2 b. Nechť je hloubka kódování zvuku 16 bitů, pak se počet úrovní hlasitosti zvuku rovná:

N=2 b = 216 = 65 536.

Během procesu kódování je každé úrovni hlasitosti přiřazen vlastní 16bitový binární kód, nejnižší úroveň zvuku bude odpovídat kódu 0000000000000000 a nejvyšší - 1111111111111111.

Digitalizovaná kvalita zvuku.Čím vyšší je frekvence a hloubka vzorkování zvuku, tím vyšší je kvalita digitalizovaného zvuku. Nejnižší kvalita digitalizovaného zvuku odpovídající kvalitě telefonická komunikace, získaný při vzorkovací frekvenci 8000krát za sekundu, hloubce vzorkování 8 bitů a záznamu jedné zvukové stopy (mono režim). Nejvyšší kvality digitalizovaného zvuku, odpovídající kvalitě audio CD, je dosaženo vzorkovací frekvencí 48 000krát za sekundu, hloubkou vzorkování 16 bitů a záznamem dvou zvukových stop (režim stereo).

Je třeba mít na paměti, že čím vyšší je kvalita digitálního zvuku, tím větší je informační objem zvukového souboru.

Úkoly pro samostudium.

1. Vypočítejte hlasitost 10sekundového monofonního zvukového souboru s 16bitovým kódováním a vzorkovací frekvencí 44,1 kHz. (861 kB)

2. Dvoukanálový (stereo) záznam zvuku se provádí se vzorkovací frekvencí 48 kHz a rozlišením 24 bitů. Záznam trvá 1 minutu, jeho výsledky se zapisují do souboru, komprese dat se neprovádí. Které z následujících čísel se nejvíce blíží velikosti výsledného souboru vyjádřené v megabajtech?

1)0,3 2) 4 3) 16 4) 132

3. Jednokanálový (mono) záznam zvuku se provádí se vzorkovací frekvencí 11 kHz a hloubkou kódování 24 bitů. Záznam trvá 7 minut, jeho výsledky se zapisují do souboru, komprese dat se neprovádí. Které z následujících čísel se nejvíce blíží velikosti výsledného souboru vyjádřené v megabajtech?

1) 11 2) 13 3) 15 4) 22

4. Dvoukanálový (stereo) záznam zvuku se provádí se vzorkovací frekvencí 11 kHz a hloubkou kódování 16 bitů. Záznam trvá 6 minut, jeho výsledky se zapisují do souboru, komprese dat se neprovádí. Které z následujících čísel se nejvíce blíží velikosti výsledného souboru vyjádřené v megabajtech?

1) 11 2) 12 3) 13 4) 15

Při řešení problémů studenti spoléhají na následující koncepty:

Hloubka zvuku (hloubka kódování) - počet bitů na kódování zvuku.

Úrovně hlasitosti (úrovně signálu)- zvuk může mít různé úrovně hlasitosti. Počet různých úrovní hlasitosti se vypočítá pomocí vzorce N = 2 já Kde já – hloubka zvuku.

Vzorkovací frekvence – počet měření úrovně vstupního signálu za jednotku času (za 1 sekundu). Čím vyšší je vzorkovací frekvence, tím přesnější je postup binárního kódování. Frekvence se měří v Hertzech (Hz). 1 měření za 1 sekundu -1 Hz.

1000 měření za 1 sekundu 1 kHz. Označme vzorkovací frekvenci písmenem D. Pro kódování vyberte jednu ze tří frekvencí: 44,1 kHz, 22,05 kHz, 11,025 kHz.

Předpokládá se, že rozsah frekvencí, ze kterých člověk slyší, pochází20 Hz až 20 kHz .

Binární kvalita kódování – hodnota, která je určena hloubkou kódování a vzorkovací frekvencí.

Specifikace audio adaptéru: vzorkovací frekvence a bitová hloubka registru.).

Velikost registru - počet bitů v registru audio adaptéru. Čím větší je kapacita číslic, tím menší je chyba každého jednotlivého převodu velikosti elektrického proudu na číslo a naopak. Pokud je bitová hloubka já , pak při měření vstupního signálu 2 lze získat já = N různé významy.

Velikost digitálního mono audio souboru ( A ) se měří podle vzorce:

A = D * T * já /8 , Kde D – vzorkovací frekvence (Hz), T – čas přehrávání nebo nahrávání zvuku, já šířka registru (rozlišení). Podle tohoto vzorce se velikost měří v bajtech.

Velikost digitálního stereo audio souboru ( A ) se měří podle vzorce:

A =2* D * T * já /8 , signál je zaznamenán pro dva reproduktory, protože levý a pravý zvukový kanál jsou kódovány odděleně.

Pro studenty je užitečné vydávat stůl 1, který ukazuje, kolik MB zabere zakódovaná jedna minuta zvukové informace při různých vzorkovacích frekvencích:

Vzorkovací frekvence, kHz

44,1

22,05

11,025

16 bit, stereo

10,1 MB

5,05 MB

2,52 MB

16 bit, mono

5,05 MB

2,52 MB

1,26 MB

8 bit, mono

2,52 MB

1,26 MB

630 kB

1. Velikost digitálního souboru

úroveň "3"

Řešení:

Vzorec pro výpočet velikosti(v bajtech) digitální audio soubor: A = D * T * já /8.

Pro převod na bajty je třeba výslednou hodnotu vydělit 8 bity.

22,05 kHz =22,05 * 1000 Hz =22050 Hz

A = D * T * já /8 = 22 050 x 10 x 8 / 8 = 220 500 bajtů.

Odpověď: Velikost souboru je 220 500 bajtů.

Řešení:

A = D * T * já /8. – velikost paměti pro uložení digitálního zvukového souboru.

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

Odpověď: ≈ 10 MB

úroveň "4"

3. Uživatel má kapacitu paměti 2,6 MB. Je nutné nahrát digitální zvukový soubor s délkou zvuku 1 minutu. Jaká by měla být vzorkovací frekvence a bitová hloubka? (, str. 157, č. 89)

Řešení:

Vzorec pro výpočet vzorkovací frekvence a bitové hloubky:D* já=A/T

(kapacita paměti v bajtech) : (doba zvuku v sekundách):

2,6 MB = 2726297,6 bajtů

D* já=A/T= 2726297,6 bajtů: 60 = 45438,3 bajtů

D= 45438,3 bajtů : I

Šířka adaptéru může být 8 nebo 16 bitů. (1 bajt nebo 2 bajty). Vzorkovací frekvence tedy může být nebo 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz–standardní charakteristická vzorkovací frekvence nebo 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- standardní charakteristická vzorkovací frekvence

Odpovědět:

Řešení:

Vzorec pro výpočet délky zvuku: T =A /D /I

(kapacita paměti v bajtech) : (vzorkovací frekvence v Hz) : (kapacita zvukové karty v bajtech):

5,25 MB = 5505024 bajtů

5505024 bajtů: 22050 Hz: 2 bajty = 124,8 s
Odpověď: 124,8 sekund

Řešení:

Vzorec pro výpočet vzorkovací frekvence: D=A/T/ já

(kapacita paměti v bajtech) : (doba záznamu v sekundách) : (kapacita zvukové karty v bajtech)

1,3 MB = 1363148,8 bajtů

1363148,8 bajtů: 60:1 = 22719,1 Hz

Odpověď: 22,05 kHz

6. Dvě minuty záznamu digitálního zvukového souboru zaberou 5,1 MB místa na disku. Vzorkovací frekvence - 22050 Hz. Jaká je bitová hloubka audio adaptéru? (, str. 157, č. 94)

Řešení:

Vzorec pro výpočet bitové hloubky: (kapacita paměti v bajtech): (doba zvuku v sekundách): (vzorkovací frekvence):

5,1 MB= 5347737,6 bajtů

5347737,6 bajtů: 120 s: 22 050 Hz= 2,02 bajtů = 16 bitů

Odpověď: 16 bitů

Řešení:

Vzorec pro výpočet délky zvuku T = A / D / I

(kapacita paměti v bajtech) : (vzorkovací frekvence v Hz) : (kapacita zvukové karty v bajtech)

0,01 GB = 10737418,24 bajtů

10737418,24 bajtů: 44100: 2 = 121,74 s = 2,03 min
Odpověď: 20,3 minut