Звуковая система ПК в виде звуковой карты появилась в 1989 г., существенно расширив возможности ПК как технического сред­ства информатизации.

Звуковая система ПК - комплекс программно-аппаратных средств, выполняющих следующие функции:

запись звуковых сигналов, поступающих от внешних источни­ков, например, микрофона или магнитофона, путем преобразо­вания входных аналоговых звуковых сигналов в цифровые и по­следующего сохранения на жестком диске;

воспроизведение записанных звуковых данных с помощью внешней акустической системы или головных телефонов (науш­ников);

воспроизведение звуковых компакт-дисков;

микширование (смешивание) при записи или воспроизведе­нии сигналов от нескольких источников;

одновременная запись и воспроизведение звуковых сигналов (режим Full Duplex );

обработка звуковых сигналов: редактирование, объединение или разделение фрагментов сигнала, фильтрация, изменение его уровня;

обработка звукового сигнала в соответствии с алгоритмами объемного (трехмерного - 3 D - Sound ) звучания;

генерирование с помощью синтезатора звучания музыкальных инструментов, а также человеческой речи и других звуков;

управление работой внешних электронных музыкальных инст­рументов через специальный интерфейс MIDI.

Звуковая система ПК конструктивно представляет собой зву­ковые карты, либо устанавливаемые в слот материнской пла­ты, либо интегрированные на материнскую плату или карту рас­ширения другой подсистемы ПК. Отдельные функциональные мо­дули звуковой системы могут выполняться в виде дочерних плат, устанавливаемых в соответствующие разъемы звуковой карты.

Классическая звуковая система, как показано на рис. 5.1, со­держит:

Модуль записи и воспроизведения звука;

модуль синтезатора;

модуль интерфейсов;

модуль микшера;

акустическую систему.

Первые четыре модуля, как правило, устанавливаются на зву­ковой карте. Причем существуют звуковые карты без модуля син­тезатора или модуля записи/воспроизведения цифрового звука. Каждый из модулей может быть выполнен либо в виде отдельной микросхемы, либо входить в состав многофункциональной мик­росхемы. Таким образом, Chipset звуковой системы может содер­жать как несколько, так и одну микросхему.

Конструктивные исполнения звуковой системы ПК претерпе­вают существенные изменения; встречаются материнские платы с установленным на них Chipset для обработки звука.

Однако назначение и функции модулей современной звуковой системы (независимо от ее конструктивного исполнения) не ме­няются. При рассмотрении функциональных модулей звуковой карты принято пользоваться терминами «звуковая система ПК» или «звуковая карта».

2. Модуль записи и воспроизведения

Модуль записи и воспроизведения звуковой системы осуще­ствляет аналого-цифровое и цифроаналоговое преобразования в режиме программной передачи звуковых данных или передачи их по каналам DMA (Direct Memory Access - канал прямого доступа к памяти).

Звук, как известно, представляет собой продольные волны, свободно распространяющиеся в воздухе или иной среде, поэтому звуковой сигнал непрерывно изменяется во времени и в про­странстве.

Запись звука - это сохранение информации о колебаниях зву­кового давления в момент записи. В настоящее время для записи и передачи информации о звуке используются аналоговые и циф­ровые сигналы. Другими словами, звуковой сигнал может быть представлен в аналоговой или цифровой форме.

Если при записи звука пользуются микрофоном, который пре­образует непрерывный во времени звуковой сигнал в непрерыв­ный во времени электрический сигнал, получают звуковой сиг­нал в аналоговой форме. Поскольку амплитуда звуковой волны определяет громкость звука, а ее частота - высоту звукового тона, постольку для сохранения достоверной информации о звуке на­пряжение электрического сигнала должно быть пропорционально звуковому давлению, а его частота должна соответствовать часто­те колебаний звукового давления.

На вход звуковой карты ПК в большинстве случаев звуковой сигнал подается в аналоговой форме. В связи с тем что ПК опери­рует только цифровыми сигналами, аналоговый сигнал должен быть преобразован в цифровой. Вместе с тем акустическая систе­ма, установленная на выходе звуковой карты ПК, воспринимает только аналоговые электрические сигналы, поэтому после обра­ботки сигнала с помощью ПК необходимо обратное преобразова­ние цифрового сигнала в аналоговый.

Аналого-цифровое преобразование представляет собой преобра­зование аналогового сигнала в цифровой и состоит из следующих основных этапов: дискретизации, квантования и кодирования. Схема аналого-цифрового преобразования звукового сигнала пред­ставлена на рис. 5.2.

Предварительно аналоговый звуковой сигнал поступает на ана­логовый фильтр, который ограничивает полосу частот сигнала.

Дискретизация сигнала заключается в выборке отсче­тов аналогового сигнала с заданной периодичностью и определя­ется частотой дискретизации. Причем частота дискретизации дол­жна быть не менее удвоенной частоты наивысшей гармоники (ча­стотной составляющей) исходного звукового сигнала. Поскольку человек способен слышать звуки в частотном диапазоне от 20 Гц до 20 кГц, максимальная частота дискретизации исходного зву­кового сигнала должна составлять не менее 40 кГц, т. е. отсчеты требуется проводить 40 000 раз в секунду. В связи с этим в боль­шинстве современных звуковых систем ПК максимальная частота дискретизации звукового сигнала составляет 44,1 или 48 кГц.

Квантование по амплитуде представляет собой измерение мгновенных значений амплитуды дискретного по времени сигна­ла и преобразование его в дискретный по времени и амплитуде. На рис. 5.3 показан процесс квантования по уровню аналогового сигнала, причем мгновенные значения амплитуды кодируются 3-разрядными числами.

Кодирование заключается в преобразовании в цифровой код квантованного сигнала. При этом точность измерения при кван­товании зависит от количества разрядов кодового слова. Если зна­чения амплитуды записать с помощью двоичных чисел и задать длину кодового словаN разрядов, число возможных значений ко­довых слов будет равно2 N . Столько же может быть и уровней квантования амплитуды отсчета. Например, если значение амплитуды отсчета представляется 16-разрядным кодовым словом, максималь­ное число градаций амплитуды (уровней квантования) составит 2 16 = 65 536. Для 8-разрядного представления соответственно полу­чим 2 8 =256 градаций амплитуды.

Аналого-цифровое преобразование осуществляется специаль­ным электронным устройством - аналого-цифровым преобразова­ телем (АЦП), в котором дискретные отсчеты сигнала преобразу­ются в последовательность чисел. Полученный поток цифровых данных, т.е. сигнал, включает как полезные, так и нежелатель­ные высокочастотные помехи, для фильтрации которых получен­ные цифровые данные пропускаются через цифровой фильтр.

Цифроаналоговое преобразование в общем случае происходит в два этапа, как показано на рис. 5.4. На первом этапе из потока цифровых данных с помощью цифроаналогового преобразователя (ЦАП) выделяют отсчеты сигнала, следующие с частотой диск­ретизации. На втором этапе из дискретных отсчетов путем сглажи­вания (интерполяции) формируется непрерывный аналоговый сиг­нал с помощью фильтра низкой частоты, который подавляет пе­риодические составляющие спектра дискретного сигнала.

Для записи и хранения звукового сигнала в цифровой форме требуется большой объем дискового пространства. Например, сте­реофонический звуковой сигнал длительностью 60 с, оцифрован­ный с частотой дискретизации 44,1 кГц при 16-разрядном кван­товании для хранения требует на винчестере около 10 Мбайт.

Для уменьшения объема цифровых данных, необходимых для представления звукового сигнала с заданным качеством, исполь­зуют компрессию (сжатие), заключающуюся в уменьшении (Количества отсчетов и уровней квантования или числа бит, при-I холящихся на один отсчет.

Подобные методы кодирования звуковых данных с использо­ванием специальных кодирующих устройств позволяют сократить объем потока информации почти до 20 % первоначального. Выбор метода кодирования при записи аудиоинформации зависит от набора программ сжатия - кодеков (кодирование-декодиро­вание), поставляемых вместе с программным обеспечением зву­ковой карты или входящих в состав операционной системы.

Выполняя функции аналого-цифрового и цифроаналогового преобразований сигнала, модуль записи и воспроизведения циф­рового звука содержит АЦП, ЦАП и блок управления, которые обычно интегрированы в одну микросхему, также называемую кодеком. Основными характеристиками этого модуля являют­ся: частота дискретизации; тип и разрядность АЦП и ЦАП; спо­соб кодирования аудиоданных; возможность работы в режиме Full Duplex .

Частота дискретизации определяет максимальную час­тоту записываемого или воспроизводимого сигнала. Для записи и воспроизведения человеческой речи достаточно 6 - 8 кГц; му­зыки с невысоким качеством - 20 - 25 кГц; для обеспечения высококачественного звучания (аудиокомпакт-диска) частота дискретизации должна быть не менее 44 кГц. Практически все звуковые карты поддерживают запись и воспроизведение стерео­фонического звукового сигнала с частотой дискретизации 44,1 или 48 кГц.

Разрядность АЦП и ЦАП определяет разрядность пред­ставления цифрового сигнала (8, 16 или 18 бит). Подавляющее большинство звуковых карт оснащено 16-разрядными АЦП и ЦАП. Такие звуковые карты теоретически можно отнести к классу Hi-Fi, которые должны обеспечивать студийное качество звуча­ния. Некоторые звуковые карты оснащаются 20- и даже 24-раз­рядными АЦП и ПАП, что существенно повышает качество запи­си/воспроизведения звука.

Full Duplex (полный дуплекс) - режим передачи данных по каналу, в соответствии с которым звуковая система может одно­временно принимать (записывать) и передавать (воспроизводить) аудиоданные. Однако не все звуковые карты поддерживают этот режим в полном объеме, поскольку не обеспечивают высокое ка­чество звука при интенсивном обмене данными. Такие карты можно использовать для работы с голосовыми данными в Internet, на­пример, при проведении телеконференций, когда высокое каче­ство звука не требуется.

Тест по теме: «Устройство компьютера»

Вариант 1

1. Общим свойством машины Беббиджа, современного компьютера и чело­веческого мозга является способность обрабатывать:

А) числовую информацию; В) звуковую информацию;

Б) текстовую информацию; Г) графическую информацию.

2. Массовое производство персональных компьютеров началось в:

А) 40-е гг; В) 80-е гг;

Б) 50-е гг; Г) 90-е гг.

A) компьютер состоит из отдельных модулей, соединенных между собой магистралью;

Б) компьютер представляет собой единое, неделимое устройство;

B) составные части компьютерной системы являются незаменяемыми;

Г) компьютерная система способна сколь угодно долго соответствовать

требованиям современного общества и не нуждается в модерниза­ции.

4. Укажите устройство компьютера, выполняющее обработку информации:

Б) монитор; Г) клавиатура.

5. Производительность работы компьютера зависит от:

А) типа монитора; В) напряжения питания;

Б) частоты процессора; Г) быстроты нажатия на клавиши.

6. Какое устройство оказывает вредное воздействие на здоровье человека?

А) принтер; В) системный блок;

Б) монитор; Г) клавиатура.

7. При выключении компьютера вся информация стирается:

А) на гибком диске; В) на жестком диске;

Б) на CD - ROM диске; Г) в оперативной памяти.

8. Наименьшим адресуемым элементом оперативной памяти является:

А) машинное слово; В) байт;

Б) регистр; Г) файл.

9. Свойством ПЗУ является:

А) только чтение информации; В) перезапись информации;

Б) энергозависимость; Г) кратковременное хранение информации.

10. Основное назначение жесткого диска:

А) переносить информацию;

Б) хранить данные, не находящиеся все время в ОЗУ;

В) обрабатывать информацию;

Г) вводить информацию.

11. Чтобы процессор мог работать с программами, хранящимися на жест­ком диске, необходимо:

А) загрузить их в оперативную память;

Б) вывести их на экран монитора;

В) загрузить их в процессор;

Г) открыть доступ.

12. Укажите устройства, не являющиеся устройствами ввода информации:

А) клавиатура; В) монитор;

Б) мышь; Г) сканер.

13. Укажите высказывание, характеризующее матричный принтер:

А) высокая скорость печати; В) бесшумная работа;

Б) высокое качество печати; Г) наличие печатающей головки.

14. Клавиатура - это:

15. Завершает ввод команды клавиша:

A) Shift; В ) пробел ;

Б ) Backspace; Г ) Enter.

16. Знаки препинания печатаются:

А) с клавишей Shift ; В) с клавишей Alt ;

Б) простым нажатием на клавишу; Г) с клавишей Ctrl .

17. Акустические колонки - это:

A) устройство обработки звуковой информации;

Б) устройство вывода звуковой информации;

B) устройство хранения звуковой информации;

Г) устройство ввода звуковой информации.

Вариант 2

1. Первые ЭВМ были созданы в:

А) 40-е гг.; В) 70-е гг.;

Б) 50-е гг.; Г) 80-е гг.

2. Какое устройство обладает наибольшей скоростью обмена информаци­ей?

A ) CD - ROM дисковод; В) дисковод для гибких дисков;

Б) жесткий диск; Г) микросхемы оперативной памяти.

3. Укажите верное высказывание:

A) На материнской плате размещены только те блоки, которые осущест­вляют обработку информации, а схемы, управляющие всеми осталь­ными устройствами компьютера, реализованы на отдельных платах и вставляются в стандартные разъемы на материнской плате;

Б) На материнской плате размещены все блоки, которые осуществляют прием, обработку и выдачу информации с помощью электрических сигналов и к которым можно подключить все необходимые устройс­тва ввода-вывода;

B) На материнской плате находится системная магистраль данных, к которым подключены адаптеры и контроллеры, позволяющие осу­ществлять связь ЭВМ с устройствами ввода - вывода;

Г) На материнской плате расположены все устройства компьютерной системы и связь между ними осуществляется через магистраль.

4. Какое устройство предназначено для хранения информации?

А) внешняя память; В) процессор;

Б) монитор; Г) клавиатура.

5. В целях сохранения информации гибкие диски необходимо оберегать от:

А) холода; В) магнитных полей;

Б) света; Г) перепадов атмосферного давления.

6. Процессор обрабатывает информацию:

А) в десятичной системе счисления

Б) в двоичном коде;

В) на языке Бейсик;

Г) в текстовом виде.

7. В каком направлении от монитора вредные излучения максимальны?

А) от экрана вперед; В) от экрана вниз;

Б) от экрана назад; Г) от экрана вверх.

8. Быстродействие процессора характеризуется:

A) количеством операций в секунду;

Б) количеством выполняемых одновременно программ;

B) временем организации связи между АЛУ и ОЗУ;

Г) динамическими характеристиками устройств ввода-вывода.

9. Наименьшая адресуемая часть оперативной памяти:

А) бит; В) файл;

Б) килобайт; Г) байт.

10. Характерным свойством ОЗУ является:

A) энергозависимость;

Б) энергонезависимость;

B) перезапись информации;

Г) долговременное хранение информации.

11. Для переноса информации используют:

А) дискету; В) дисковод;

Б) оперативную память; Г) процессор.

12. Во время исполнения программа находится:

А) в буфере обмена; В) в оперативной памяти;

Б) на клавиатуре; Г) на жестком диске.

13. Укажите понятия, характерные для струйного принтера:

А) низкое качество печати; В) чернила;

Б) лазерный луч; Г) печатающая головка со стержнями.

14. Мышь - это:

A) устройство вывода информации;

Б) устройство ввода символьной информации;

B) устройство ввода манипуляторного типа;

Г) устройство хранения информации.

15. Укажите устройство, не являющееся устройством вывода информации:

А) монитор; В) принтер;

Б) клавиатура; Г) звуковые колонки.

16. Назначение клавиши Backspace :

A) ввод команды;

Б) удаление символа слева от курсора;

B) печать заглавных символов;

Г) переход в начало страницы.

17. Сканер - это:

A) устройство обработки информации;

Б) устройство хранения информации;

B) устройство ввода информации с бумаги;

Г) устройство вывода информации на бумагу.

Ответы к тесту:

С меняющейся амплитудой и частотой. Чем выше амплитуда сигнала, тем он громче воспринимается человеком. Чем больше частота сигнала, тем выше его тон.

Рисунок 1. Амплитуда колебаний звуковых волн

Частота звуковой волны определяется количеством колебаний в одну секунду. Данная величина измеряется в герцах (Гц, Hz).

Ухо человека воспринимает звуки в диапазоне от $20$ Гц до $20$ кГц, данный диапазон называют звуковым . Количество бит, которое при этом отводится на один звуковой сигнал, называют глубиной кодирования звука . В современных звуковых картах обеспечивается $16-$, $32-$ или $64-$битная глубина кодирования звука. В процессе кодирования звуковой информации непрерывный сигнал заменяется дискретным , то есть преобразуется в последовательность электрических импульсов, состоящих из двоичных нулей и единиц.

Частота дискретизации звука

Одной из важных характеристик процесса кодирования звука является частота дискретизации, которая представляет собой количество измерений уровня сигнала за $1$ секунду:

• одно измерение в одну секунду соответствует частоте $1$ гигагерц (ГГц);
• $1000$ измерений в одну секунду соответствует частоте $1$ килогерц (кГц) .

Определение 2

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

Количество измерений может находиться в диапазоне от $8$ кГц до $48$ кГц, причем первая величина соответствует частоте радиотрансляции, а вторая - качеству звучания музыкальных носителей.

Замечание 1

Чем выше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественно будет звучать оцифрованный звук. Самое низкое качество оцифрованного звука, которое соответствует качеству телефонной связи, получается, когда частота дискретизации равна 8000 раз в секунду, глубина дискретизации $8$ битов, что соответствует записи одной звуковой дорожки (режим «моно»). Самое высокое качество оцифрованного звука, которое соответствует качеству аудио -CD, достигается, когда частота дискретизации равна $48000$ раз в секунду, глубина дискретизации $16$ битов, что соответствует записи двух звуковых дорожек (режим «стерео»).

Информационный объем звукового файла

Следует отметить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла .

Оценим информационный объём моноаудиофайла ($V$), это можно сделать, используя формулу:

$V = N \cdot f \cdot k$,

где $N$ - общая длительность звучания, выражаемая в секундах,

$f$ - частота дискретизации (Гц),

$k$ - глубина кодирования (бит).

Пример 1

Например, если длительность звучания равна $1$ минуте и имеем среднее качество звука, при котором частота дискретизации $24$ кГц, а глубина кодирования $16$ бит, то:

$V=60 \cdot 24000 \cdot 16 \ бит=23040000 \ бит=2880000 \ байт = 2812,5 \ Кбайт=2,75 \ Мбайт.$

При кодировании стереозвука процесс дискретизации производится отдельно и независимо для левого и правого каналов, что, соответственно, увеличивает объём звукового файла в два раза по сравнению с монозвуком.

Пример 2

Например, оценим информационный объём цифрового стереозвукового файла, у котрого длительность звучания равна $1$ секунде при среднем качестве звука ($16$ битов, $24000$ измерений в секунду). Для этого глубину кодирования умножим на количество измерений в $1$ секунду и умножить на $2$ (стереозвук):

$V=16 \ бит \cdot 24000 \cdot 2 = 768000 \ бит = 96000 \ байт = 93,75 \ Кбайт.$

Основные методы кодирования звуковой информации

Существуют различные методы кодирования звуковой информации двоичным кодом, среди которых выделяют два основных направления: метод FM и метод Wave-Table .

Метод FM (Frequency Modulation ) основан на том, что теоретически любой сложный звук можно разложить на последовательность простейших гармонических сигналов разных частот, каждый из которых будет представлять собой правильную синусоиду, а это значит, что его можно описать кодом. Процесс разложения звуковых сигналов в гармонические ряды и их представление в виде дискретных цифровых сигналов происходит в специальных устройствах, которые называют «аналогово-цифровые преобразователи» (АЦП).

Рисунок 2. Преобразование звукового сигнала в дискретный сигнал

На рисунке 2а изображен звуковой сигнал на входе АЦП, а на рисунке 2б изображен уже преобразованный дискретный сигнал на выходе АЦП.

Для обратного преобразования при воспроизведении звука, который представлен в виде числового кода, используют цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП). Процесс преобразования звука изображен на рис. 3. Данный метод кодирования не даёт хорошего качества звучания, но обеспечивает компактный код.

Рисунок 3. Преобразование дискретного сигнала в звуковой сигнал

На рисунке 3а представлен дискретный сигнал, который мы имеем на входе ЦАП, а на рисунке 3б представлен звуковой сигнал на выходе ЦАП.

Таблично-волновой метод (Wave-Table ) основан на том, что в заранее подготовленных таблицах хранятся образцы звуков окружающего мира, музыкальных инструментов и т. д. Числовые коды выражают высоту тона, продолжительность и интенсивность звука и прочие параметры, характеризующие особенности звука. Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов.

Примеры форматов звуковых файлов

Звуковые файлы имеют несколько форматов. Наиболее популярные из них MIDI, WAV, МРЗ.

Формат MIDI (Musical Instrument Digital Interface) изначально был предназначен для управления музыкальными инструментами. В настоящее время используется в области электронных музыкальных инструментов и компьютерных модулей синтеза.

Формат аудиофайла WAV (waveform) представляет произвольный звук в виде цифрового представления исходного звукового колебания или звуковой волны. Все стандартные звуки Windows имеют расширение WAV.

Формат МРЗ (MPEG-1 Audio Layer 3) - один из цифровых форматов хранения звуковой информации. Он обеспечивает более высокое качество кодирования.

1.Какое устройство компьютера моделирует мышление человека?
-Процессор

2.Действия над исходной информацией (фактами) в соответствии с некоторыми правилами - это
-обработка информации

3.Из предложенных сообщений выбрать правило
-при умножении простых дробей их числители и знаменатели перемножаются

4.Для кого, вероятнее всего, будет информативным следующее сообщение: «Программа - это алгоритм, записанный на языке программирования»?
-начинающий программист

5.Где хранится выполняемая в данный момент программа и обрабатываемые ею данные?
-в оперативной памяти

6.Какое устройство компьютера осуществляет процесс дискретизации звука?
-звуковая карта

7.Информативность сообщения, принимаемого человеком, определяется
-наличием новых знаний и понятностью

8.Вместо многоточий вставьте соответствующие понятия: «Каталог содержит информацию о..., хранящихся в...»
A) файлах, внешней памяти

9.Указать команду(ы), при выполнении которой(ых) выделенный фрагмент попадает в буфер обмена
В) вырезать и копировать

10.Какие из перечисленных действий относятся к форматированию текста?
-установка режима выравнивания

11.В прикладное программное обеспечение входят:
В) текстовые редакторы

12.Операционная система - это
-комплекс программ, организующих управление работой компьютера и его взаимодействие с пользователем

13.Предложены команды
5Сделать диск А текущим.
2Создать каталог TOWN
3Создать каталог STREET
1Создать файл Home.txt
4Войти в созданный каталог
Расположить пронумерованные команды так, чтобы был получен алгоритм, с помощью которого на пустой дискете создается файл с полным именем A:\TOWN\STREET\Home.txt
Б) 5,2,3,1

14.Для хранения текста требуется 84000 бита. Сколько страниц займет этот текст, если на странице размещается 30 строк по 70 символов в строке? Для кодирования текста используется таблица кодировки, состоящая из 256 символов.
84000/(log(256)/log(2))/30/70 = 5

15.Книга состоит из 64 страниц. На каждой странице 256 символов. Какой объем информации содержится в книге, если используется алфавит из 32 символов?
А) 81920 байтов Б) 40 Кбайт В)10 Кбайт Г) 16 Кбайт Д) 64 Кбайт
64*256*(log(32)/log(2)) /8/1024 = 10

16.Сколько символов содержит сообщение, записанное с помощью 16-символьного алфавита, если его объем составил 1/16 часть Мегабайта?
(1/16)*1024*1024*8/(log(16)/log(2)) = 131072

17.Сколько памяти занимает графическое изображение, если его размер 40x60 и для кодирования цвета пикселя используется двоичный код из 32-х битов.
А) 2400 байтов Б) 2100 байтов В) 960 байтов Г) 9600 байтов Д) 12000 байтов
40*60*32/8 = 9600

18.Текст занимает 0,25 Кбайт памяти. Сколько символов содержит этот текст, если используется таблица кодировки, состоящая из 256 символов?
0.25*1024*8/(log(256)/log(2)) = 256

19.Сколько битов информации содержится в сообщении объемом четверть Килобайта?
1/4*1024*8 = 2048

| Планирование уроков и материалы к урокам | 10 классы | Планирование уроков на учебный год | Представление текста, изображения и звука в компьютере (§ 6)

Уроки 10 - 12
Представление текста, изображения и звука в компьютере (§ 6)

Звуковая информация

Звуковая информация

Принципы дискретизации звука («оцифровки» звука) отражены на рис. 1.11.

Ввод звука в компьютер производится с помощью звукового устройства (микрофона, радио и др.), выход которого подключается к порту звуковой карты . Задача звуковой карты - с определенной частотой производить измерения уровня звукового сигнала (преобразованного в электрические колебания) и результаты измерения записывать в память компьютера. Этот процесс называют оцифровкой звука.

Промежуток времени между двумя измерениями называется периодом измерений - τ с. Обратная величина называется частотой дискретизации - 1/τ (герц). Чем выше частота измерений, тем выше качество цифрового звука.

Результаты таких измерений представляются целыми положительными числами с конечным количеством разрядов. Вы уже знаете, что в таком случае получается дискретное конечное множество значений в ограниченном диапазоне. Размер этого диапазона зависит от разрядности ячейки - регистра памяти звуковой карты. Снова работает формула 2 i , где i - разрядность регистра. Число i называют также разрядностью дискретизации. Записанные данные сохраняются в файлах специальных звуковых форматов.

Существуют программы обработки звука - редакторы звука, позволяющие создавать различные музыкальные эффекты, очищать звук от шумов, согласовывать с изображениями для создания мультимедийных продуктов и т. д. С помощью специальных устройств, генерирующих звук, звуковые файлы могут преобразовываться в звуковые волны, воспринимаемые слухом человека.

При хранении оцифрованного звука приходится решать проблему уменьшения объема звуковых файлов. Для этого кроме кодирования данных без потерь, позволяющего осуществлять стопроцентное восстановление данных из сжатого потока, используется кодирование данных с потерями. Цель такого кодирования - добиться схожести звучания восстановленного сигнала с оригиналом при максимальном сжатии данных. Это достигается путем использования различных алгоритмов, сжимающих оригинальный сигнал путем выкидывания из него слабослышимых элементов. Методов сжатия, а также программ, реализующих эти методы, существует много.

Для сохранения звука без потерь используется универсальный звуковой формат файлов WAV. Наиболее известный формат «сжатого» звука (с потерями) - MP3. Он обеспечивает сжатие данных в 10 раз и более.

Вопросы и задания

1. Когда компьютеры начали работать с текстом, с графикой, со звуком?
2. Что такое таблица кодировки? Какие существуют таблицы кодировки?
3. На чем основывается дискретное представление изображения?
4. Что такое модель цвета RGB?
5. Напишите 8-разрядный код ярко-синего цвета, ярко-желтого (смесь красного с зеленым), бледно-желтого.
6. Почему в полиграфии не используется модель RGB?
7. Что такое CMYK?
8. Какое устройство в компьютере производит оцифровку вводимого звукового сигнала?
9. Как (качественно) качество цифрового звука зависит от частоты дискретизации и разрядности дискретизации?
10. Чем удобен формат MP3?

Следующая страница