"Информатика (в 2 частях)", Павлов Д.И., Полежаева О.А., Коробкова Л.Н. и др./ Под ред. Горячева А.В.
Звук можно записать в компьютер и хранить как последовательность чисел. Для этого непрерывный звуковой сигнал измеряют через равные промежутки времени, а результаты кодируют битами. Точность записи определяется частотой дискретизации и глубиной кодирования. На объём несжатого файла также влияют число каналов и длительность звучания. Эти параметры помогают оценить качество аудио и необходимую память.
Текст подготовлен нейронной сетью по теме параграфа и не заменяет учебник — важные факты и формулировки сверяйте с ним.
Звуковой сигнал — колебания, которые распространяются в среде и воспринимаются человеком как звук. На графике его можно представить линией: по горизонтали откладывают время, а по вертикали — значение колебания. Такой график показывает, как сигнал меняется во времени.
Оцифровка звука — преобразование непрерывного звукового сигнала в последовательность числовых значений. Компьютер работает именно с числами, поэтому реальные колебания нужно представить в удобной для хранения форме. Благодаря этому звук можно записывать, копировать и обрабатывать.
Частота дискретизации — число измерений звукового сигнала за одну секунду. Её измеряют в герцах (Гц): например, 8000 Гц означает 8000 измерений в секунду. Параметр показывает, насколько подробно отслеживаются изменения сигнала во времени.
Глубина кодирования звука — число бит, отводимых для записи значения одного измерения сигнала. Она определяет, сколько уровней можно использовать для описания громкости. Чем больше бит, тем меньше ошибка округления и тем точнее передаётся сигнал.
Звук возникает, когда источник, например струна или мембрана динамика, совершает колебания. Эти колебания передаются через воздух или другую среду и образуют непрерывный сигнал, потому что его значение меняется постоянно. Микрофон улавливает движение воздуха и превращает его в электрические колебания, с которыми может работать аппаратура.
При оцифровке сигнал измеряют через равные промежутки времени. Если измерения делать чаще, между соседними точками будет меньше изменений, которые остались незамеченными. Поэтому высокая частота дискретизации позволяет точнее восстановить форму исходного сигнала.
Каждое полученное значение нельзя хранить с бесконечной точностью: ему выбирают ближайший доступный уровень. Число таких уровней зависит от глубины кодирования, поскольку b бит позволяют записать 2b вариантов. При большей глубине уровни расположены плотнее, поэтому различия громкости передаются точнее.
Качество цифровой записи определяется сразу двумя параметрами. Частота дискретизации отвечает за подробность описания сигнала во времени, а глубина кодирования — за точность значений по уровню. Увеличение любого из них обычно повышает точность, но требует больше памяти для хранения чисел.
Объём несжатой записи зависит не только от качества измерений, но и от продолжительности звучания и числа каналов. Для каждого канала сохраняется собственная последовательность значений, поэтому стерео требует больше данных, чем моно. В расчётах используют формулу: V = t · f · b · n бит, где t — длительность, f — частота дискретизации, b — глубина кодирования, n — число каналов.
| Параметр | Что показывает | Как влияет на запись | Единица измерения |
|---|---|---|---|
| Частота дискретизации | Число измерений сигнала за секунду | Большее значение точнее передаёт изменения во времени и увеличивает объём | Герц (Гц) |
| Глубина кодирования | Число бит на одно измерение | Большее значение точнее передаёт уровни сигнала и увеличивает объём | Бит |
| Число каналов | Количество одновременно записываемых каналов | При увеличении числа каналов объём растёт пропорционально | Канал |
| Длительность записи | Время звучания | Более длинная запись содержит больше измерений и занимает больше места | Секунда |
| Объём несжатого звукового файла | Количество данных в записи | Равен произведению длительности, частоты, глубины и числа каналов | Байт |
Чтобы пользоваться таблицей, сначала определите, какой параметр известен и что именно он описывает. При сравнении записей проверяйте все параметры, а не только один из них. Для вычисления объёма перемножьте значения длительности, частоты дискретизации, глубины кодирования и числа каналов, затем переведите биты в байты.
Запись длится 10 секунд, а частота дискретизации равна 8000 измерений в секунду. Требуется узнать общее число измерений. Так как каждую секунду выполняется одинаковое количество измерений, число за всё время находится умножением.
Ответ: 80 000 измерений.
Монофоническая запись длится 5 секунд, частота равна 8000 Гц, глубина кодирования — 8 бит. Моно означает один канал, поэтому дополнительного умножения на число каналов не требуется. Сначала найдём все измерения, затем объём битов и переведём его в байты.
Ответ: 40 000 байт.
Сравниваются записи одинаковой длительности. Первая запись монофоническая: 22050 Гц и 8 бит, вторая стереофоническая: 44100 Гц и 16 бит. Поскольку длительности одинаковы, их можно не включать в сравнение.
Ответ: объём второй записи в 8 раз больше.
Путают частоту дискретизации с частотой тона. Первая показывает число измерений в секунду, а вторая связана с высотой звука. Чтобы проверить себя, спросите: речь идёт о способе записи сигнала или о свойствах самого звука?
Считают, что высокая частота дискретизации делает звук громче. Она повышает точность описания, но не изменяет громкость исходного сигнала. Проверьте, не перепутаны ли в рассуждении точность и уровень сигнала.
Забывают число каналов. Такое происходит, когда стерео принимают за один общий поток данных. Перед вычислением подпишите: моно — 1 канал, стерео — 2 канала.
Неверно переводят биты в байты. Иногда деление на 8 пропускают или ошибочно считают, что в байте 10 бит. Самопроверка проста: 1 байт = 8 бит, значит из битов в байты нужно делить на 8.
Для расчётов нужны знания о единицах информации: бите и байте, а также умение переводить одну единицу в другую. Свойства звука связаны с аналоговой и цифровой информацией: аналоговый сигнал непрерывен, а цифровой представлен числами. Эти знания применяются при записи и обработке аудио, выборе параметров файла и оценке места на носителе.
Почему цифровая запись не повторяет звуковой сигнал абсолютно точно?
Непрерывный сигнал измеряют только в отдельные моменты, а каждое измерение округляют до доступного уровня. Поэтому между исходным сигналом и его цифровым представлением возникает небольшая погрешность.
Чем частота дискретизации отличается от частоты звукового тона?
Частота дискретизации показывает, сколько измерений сигнала выполняют за секунду. Частота звукового тона характеризует колебания самого звука и связана с его высотой.
Как глубина кодирования влияет на качество записи?
Она определяет число бит для одного измерения и количество доступных уровней громкости. Чем больше глубина кодирования, тем точнее передаются изменения сигнала, но тем больше размер файла.
Почему стереозапись занимает больше места, чем монофоническая?
В монофонической записи хранится один канал, а в стереозаписи — два независимых канала. При одинаковых остальных параметрах стереофайл занимает примерно в два раза больше места.
Как приблизительно вычислить объём несжатого звукового файла?
Нужно перемножить длительность записи, частоту дискретизации, глубину кодирования и число каналов. Получившееся число бит делят на 8, чтобы получить объём в байтах.
25. Звуки и музыка
