"Информатика (в 2 частях)", Могилев А.В., Могилева В.Н., Цветкова М.С.
Звуковая информация передаёт сведения с помощью звуков, которые человек воспринимает слухом. В природе звук существует как непрерывные колебания, а компьютер хранит данные в цифровом виде. Поэтому звук оцифровывают: измеряют сигнал через равные промежутки времени и кодируют результаты числами. Точность и размер записи зависят от частоты дискретизации, разрядности, длительности и числа каналов.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Звуковая информация — сведения, которые передаются звуками и воспринимаются человеком органом слуха. Речь, музыка и шумы могут сообщать о событиях, предметах или действиях. Понятие нужно, чтобы отличать содержание звука от способа его хранения.
Звуковой сигнал — физический сигнал, который изменяется во времени и описывает колебания, возникающие при распространении звука. Его уровень в разные моменты может быть разным, поэтому сигнал изображают изменяющейся линией или рядом значений. Это понятие помогает понять, что именно измеряет компьютер.
Оцифровка звука — преобразование непрерывного звукового сигнала в цифровые данные, то есть в последовательность чисел. Для этого сигнал измеряют и кодируют результаты. Оцифровка нужна, чтобы звук можно было хранить, обрабатывать и передавать средствами компьютера.
Частота дискретизации показывает число измерений сигнала за секунду, а разрядность кодирования — количество битов для записи одного измерения. Первая характеристика описывает частоту измерений во времени, вторая — точность задания уровня сигнала. От обеих зависят качество цифрового звука и объём файла.
Звук распространяется как колебания среды: частицы воздуха последовательно отклоняются от обычного положения. Поэтому давление или другой физический показатель меняется непрерывно, без обязательных промежутков между соседними значениями. Чтобы записать такой процесс, нужно описать его изменение во времени.
Компьютер работает с цифровыми данными, представленными числами, а не с бесконечным набором значений непрерывной величины. Поэтому исходный сигнал заменяют последовательностью чисел, каждое из которых связано с определённым моментом времени. Такое представление позволяет процессору хранить звук, копировать его и выполнять вычисления.
При дискретизации сигнал измеряют через равные промежутки времени. Если измерения выполняются чаще, между соседними точками остаётся меньше изменений, которые могли бы потеряться. Поэтому высокая частота дискретизации обычно точнее передаёт форму сигнала, особенно его быстрые колебания.
Каждое измеренное значение кодируют числом с заданной разрядностью. Чем больше битов выделено для одного значения, тем больше возможных уровней можно различить и тем меньше ошибка округления уровня сигнала. Однако увеличение разрядности означает, что каждое измерение занимает больше места.
Объём несжатого файла определяется количеством хранимых измерений и размером каждого из них. Поэтому он растёт при увеличении длительности записи, частоты дискретизации, разрядности или числа каналов. Сжатие может уменьшить размер файла, но приведённая зависимость относится именно к несжатым данным.
В таблице собраны параметры, которые влияют на точность цифрового представления и размер записи. Для оценки объёма нужно учитывать их одновременно, а не рассматривать частоту или разрядность отдельно. Число каналов показывает, сколько независимых звуковых потоков записывается.
| Параметр | Что означает | Как влияет на запись |
|---|---|---|
| Частота дискретизации | Число измерений сигнала за секунду | Большее значение точнее передаёт изменения и увеличивает объём |
| Разрядность кодирования | Число битов для одного измерения | Большая разрядность точнее передаёт уровень и увеличивает объём |
| Число каналов | Количество независимых звуковых потоков | Переход от моно к стерео обычно удваивает объём |
| Длительность записи | Время звучания в секундах | Более длинная запись содержит больше измерений |
| Объём несжатого файла | Место, занимаемое цифровыми данными | Рассчитывается по длительности, частоте, разрядности и каналам |
Условие. Нужно объяснить, почему компьютер не записывает звук непосредственно в виде непрерывного сигнала. Требуется связать свойства звука со способом хранения данных.
Ответ. Непрерывный звук нельзя сохранить напрямую в цифровой памяти, потому что компьютер оперирует числами. Его заменяют конечной последовательностью измерений. Это преобразование называется оцифровкой.
Условие. Две записи имеют одинаковую длительность: первая создана с частотой 44 100 Гц и разрядностью 8 бит, вторая — с частотой 22 050 Гц и разрядностью 16 бит. Нужно сравнить точность представления и объём записей.
Ответ. Первая запись лучше передаёт изменения во времени, а вторая — значения уровня сигнала. При указанных параметрах их объёмы одинаковы. Нельзя назвать один параметр вообще более важным: они отвечают за разные стороны точности.
Условие. Найдём объём несжатой стереозаписи длительностью 10 с при частоте 44 100 Гц и разрядности 16 бит. В стереозаписи два канала, поэтому каждое измерение выполняется для левого и правого каналов.
Ответ. Объём такой несжатой стереозаписи равен 1 764 000 байт. При расчёте нельзя забывать множитель 2 для двух каналов. Если бы запись была монофонической, результат оказался бы вдвое меньше.
Считать звуковой сигнал уже цифровым. Так ошибаются, потому что слышат запись через компьютер и не различают исходный звук и его представление. Проверьте себя: если сигнал нужно измерять и кодировать числами, до оцифровки он не цифровой.
Путать частоту дискретизации с разрядностью. Обе характеристики связаны с точностью, поэтому их иногда смешивают. Вспомните проверку: частота отвечает на вопрос «сколько измерений в секунду?», а разрядность — «насколько точно записано каждое измерение?».
Забывать число каналов или длительность. При расчёте иногда перемножают только частоту и разрядность, хотя файл содержит данные за определённое время и для одного или нескольких каналов. Проверьте формулу V = t · f · r · c и подставьте все четыре величины.
Считать, что увеличение параметра уменьшает файл. Большая частота даёт больше измерений, а большая разрядность увеличивает размер каждого измерения. Значит, при прочих равных оба изменения обычно увеличивают объём несжатой записи, а не уменьшают его.
Для изучения звука нужно знать, что информация бывает представлена в разных формах, а компьютер кодирует её двоичными числами. Оцифровка связывает информатику с измерением непрерывных величин: реальный процесс заменяется числовыми данными. Формулы объёма помогают оценивать место для файлов, а знания о параметрах записи пригодятся при работе с аудиоредакторами и мультимедийными форматами.
Почему звук нужно оцифровывать, чтобы сохранить его на компьютере?
Исходный звук является непрерывным сигналом, который изменяется в каждый момент времени. Компьютер хранит данные как числа, поэтому сигнал заменяют последовательностью измеренных и закодированных значений.
Что показывает частота дискретизации?
Она показывает, сколько раз в секунду измеряют звуковой сигнал. Например, частота 44 100 Гц означает 44 100 измерений за секунду.
Чем частота дискретизации отличается от разрядности?
Частота дискретизации определяет, как часто измеряют сигнал во времени. Разрядность показывает, насколько точно кодируют уровень каждого отдельного измерения.
Почему при увеличении частоты дискретизации файл обычно становится больше?
При большей частоте за ту же секунду появляется больше измерений. Каждое измерение занимает место, поэтому объём несжатого файла обычно увеличивается.
Как рассчитать объём несжатой стереозаписи?
Нужно перемножить длительность записи в секундах, частоту дискретизации, разрядность и число каналов. Полученный результат в битах разделить на 8, чтобы получить байты.
§ 11. Обработка информации. Звуковая информация
