Звук в компьютере

Представление звука в памяти компьютера. Дискретизация звука.

Цели урока:

1. Систематизировать знания о звуковой информации, дать понятие о процессе дискретизации звука, познакомить учащихся со способами кодирования звуковой информации в компьютере, дать представление об основных звуковых форматах и способах создания звуковых файлов с помощью компьютера.

2. Продолжить работу над развитием логического мышления, умения анализировать и обобщать через актуализацию знаний и тестовые задания

3. Воспитывать самооценку.

Тип урока: Урок изучения и первичного закрепления новых знаний и способов деятельности.

Форма проведения:комбинированный урок.

Оборудование: ПК, мультимедийный проектор, презентация, карточки – задания.

План урока:

1. Орг момент. Мотивация урока

2. актуализация знаний

3. изучение нового материала

4. тренировочные упражнения

5. итог урока

Ход урока

1. Организационный этап. Мотивация к уроку. (Сообщение цели и задач урока)

• Какие виды информации Вы знаете? (числовую, текстовую, графическую, звуковую, электромагнитную.)

• Какие действия можно совершать с информацией?

• Какие виды информации мы с вами уже изучили? (числовую, текстовую, графическую)

• Как вы думаете, о каком виде информации речь пойдет на этом уроке?(Звуковой.)

Молодцы. Конечно, речь пойдет о звуковой информации. Давайте поставим цели нашей с вами работы сегодня (ребята предлагают цели урока).

2. Актуализация знаний

Но прежде, чем мы приступим к изучению новой темы. Давайте вспомним основные положения.

А) Вопросы: 1) Что такое информация? 2) Что значит закодировать информацию? 3) Наименьшая единица информации. 4) Чему равно количество информации, уменьшающее неопределенность знаний в 4 раза? 5) Какие системы счисления вы знаете? 6) Назовите основания известных вам систем счисления. 7) Что называют мощностью алфавита? 8) Какое количество информации несет один символ алфавита мощность которого 256 символа? По какой формуле вы рассчитали? 9) Из каких символов состоит машинный (компьютерный) алфавит? 10) Что такое “информационный вес символа”? 11) Что такое мультимедиа? Назовите области применения мультимедиа. 12) Что надо сделать, чтобы закодировать графическую информацию?

3. Изучение нового материала

13) Что надо сделать, чтобы закодировать звуковую информацию? Учитель. Итак, нам предстоит сегодня на уроке узнать ответ на этот вопрос. Тема нашего урока: Представление звука в памяти компьютера. Дискретизация звука.

Вы знаете, что знание физики необходимо при изучении такой науки, как информатика. И сегодня мы почерпнем сведения из физики.

Представление звуковой информации в компьютере. С начала 9О-х годов персональные компьютеры получили возможность работать со звуковой информацией. Каждый компьютер, имеющий звуковую плату, микрофон и колонки, может записывать, сохранять и воспроизводить звуковую информацию. С помощью специальных программных средств (редакторов звукозаписей) открываются широкие возможности по созданию, редактированию и прослушиванию звуковых файлов. Создаются программы распознавания речи и, в результате, появляется возможность управления компьютером при помощи голоса. А что же такое звук? Упругие волны в воздухе с частотой от 16 до 20000 Гц вызывают у человека звуковые ощущения. Волны с частотой меньше 16 Гц называют инфразвуковыми, а с частотой больше 20000 Гц - ультразвуковыми. Скорость распространения звука зависит от упругих свойств среды, ее плотности и температуры. Скорость звука не зависит от частоты. По принятой классификации звук подразделяют на музыкальные звуки (тоны) и шумы. Музыкальный звук это сложное колебание. Любое сложное колебание можно разложить на ряд гармонических колебаний, частоты которых в целое число раз больше частоты основного тона. Акустическим спектром называется разложение сложного звука на гармонические колебания с учетом их амплитуды и частоты. Акустический спектр музыкального звука является линейчатым. Шумы вызываются апериодическими колебаниями. Их спектр сплошной. Физически высоту тона определяет частота. Чем она больше, тем выше тон. Тембр зависит от формы сложного колебания и его гармонического спектра. Громкость есть функция двух переменных: силы звука и чувствительности уха. Сила звука это интенсивность, измеряемая в Вт/м2. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов (двоичных нулей и единиц). Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Таким образом, непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени А(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность “ступенек”.

Каждой “ступеньке” присваивается значение уровня громкости звука, его код (1, 2, 3 и т.д.). Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний, соответственно, чем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и тем более качественным будет звучание. Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирование звука. Количество различных уровней сигнала или состояний при данном кодировании можно рассчитать по формуле N=2I =216=65536 Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код. При двоичном кодировании непрерывного звукового сигнала он заменяется последовательностью дискретных уровней сигнала. Качество кодирования зависит от количества измерений уровня сигнала в единицу времени, т.е. частоты дискретизации. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее процедура двоичного кодирования. Качество звукового сигнала определяется “глубиной” и частотой дискретизации. Количество изменений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48000, т.е. частота дискретизации аналогово звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. Можно оценить информационный объем стереоаудиофайла длительностью 1 секунда при высоком качестве звука 16 бит, 48 кГц. Для этого количество бит на одну выборку необходимо умножить на количество выборок в 1 с и умножить на 2. 16 бит*48000 Гц*2=1536000 бит=192000 байт=187,5 кбайт. Записать: Качество двоичного кодирования звука определяется глубиной кодирования и частотой дискретизации Глубина кодирования – количество бит, отводимых для кодирования уровня громкости (амплитуды) звукового сигнала Частота дискретизации - количество измерений уровня сигнала в единицу времени.

Наиболее часто используемые форматы звуковых файлов

1. WAVE (.wav) - наиболее широко распространенный формат. Используется в ОС Windows для хранения звуковых файлов. Файлы в этом формате имеют большой размер, который зависит от: дискретизации (частоты семплирования ); разрядности звука; моно - или стереозвука; длительности.

2. MPEG-3 (.mp3) - наиболее популярный на сегодняшний день формат звуковых файлов. При кодировании применяется психоаккустическая компрессия: из мелодии удаляются звуки, не воспринимаемые человеческим ухом (воспринимаемый диапазон 20-20000 Гц).

3. MIDI (.mid) - содержат не сам звук, а только команды для воспроизведения звука. Звук синтезируется с помощью FM- или WT-синтеза. Если звуковая карта не содержит синтезатора, то такой звук воспроизводится не будет.

4. Real Audio (.ra, .ram) - разработан для воспроизведения звука в Internet в режиме реального времени. Полученное качество в лучшем случае соответствует плохонькой аудиокассете, для качественной записи музыкальных произведений применение формата MPEG-3 более предпочтительно. Низкий размер достигается применением методов сжатия.

5. MOD (.mod) - музыкальный формат, в нем хранятся образцы оцифрованного звука, которые можно затем использовать как шаблоны для индивидуальных нот. Файлы в этом формате начинаются с набора образцов звука, за которыми следуют ноты и информация о длительности. Каждая нота воспроизводится с помощью одного из приведенных в начале звуковых шаблонов. Такой файл, в отличие от MIDI-файла, полностью задает звук, что позволяет воспроизводить его на любой компьютерной платформе

Создавать музыку с помощью компьютера можно двумя основными способами:

1. Писать музыку непосредственно в компьютере: a. в музыкальных программах (секвенсорах) удобно создавать музыку, переправляя в компьютер ноты с синтезатора или MIDI-клавиатуры; b. можно мышкой нарисовать все нужные ноты (занятие это очень трудоемкое);

2. Записывать живой звук с микрофона или линейного входа звуковой карты, используя компьютер как компактную студию звукозаписи; После оцифровки используют программы редактирования звуковых файлов для монтажа музыки, разного рода коррекций и спецэффектов

4. Этап обобщения и первичного закрепления полученных знаний

А) Ответьте на вопросы: Волны какой частоты вызывают у человека звуковые ощущения? От чего зависит громкость звука? От чего зависит высота тона? Что значит закодировать звуковую информацию? От чего зависит качество кодирования звуковой информации?

Б) Тренировочные задания :

1. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 20 с, если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 кГц;

2. Рассчитайте время звучания моноаудиофайла, если при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 32 кГц его объем равен 700 Кбайт;

3. Определите качество звука (качество радиотрансляции, среднее качество, качество аудио-CD) если известно, что объем стериоаудиофайла длительностью звучания в 10 сек. Равен 940 Кбайт;

В) Самостоятельная работа :

1. Оцените информационный объем стериоаудиофайла длительностью звучания 30 с, если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно 8 бит и 8 кГц;

2. Аналоговый звуковой сигнал был дискретизирован сначала с использованием 256 уровней интенсивности сигнала (качество звучания радиотрансляции), а затем с использованием 65536 уровней интенсивности сигнала (качество звучания аудио-CD). Во сколько раз различаются информационные объемы оцифрованного звука?

3. Оцените информационный объем моноаудиофайла длительностью звучания 1 мин. если "глубина" кодирования и частота дискретизации звукового сигнала равны соответственно: 16 бит и 48 кГц.

Г) Практическая работа (по группам)

1. Запишите звуковой файл длительностью 30с с "глубиной" кодирования 8 бит и частотой дискретизации 8 кГц.

2. Запишите звуковой моноаудиофайл длительностью 1 минута с "глубиной" кодирования 16 бит и частотой дискретизации 48 кГц.

3. Запишите звуковой моноаудиофайл длительностью 20 с, с "глубиной" кодирования 8 бит и частотой дискретизации 8 кГц.

После выполнения задания учитель проверяет решение задач. Практическую часть самостоятельной работы прослушивает весь класс.

5. Итог урока:

А) рефлексия самостоятельной и практической работы

Б) дз: конспект, тест( ответы: ббавв)

Тест 

1 2 3 4 5
         

1. При частоте дискретизации 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует:

а) качеству звучания аудио-CD;

б) качеству радиотрансляции;

в) среднему качеству.

2. В каком формате сохраняются звуковые файлы:

а) DOC;

б) WAV;

в) BMP.

3. Качество кодирования непрерывного звукового сигнала зависит:

а) от частоты дискретизации и глубины кодирования;

б) от глубины цвета и разрешающей способности монитора;

в) от международного стандарта кодирования.

4. Два звуковых файла записаны с одинаковой частотой дискретизации и глубиной кодирования. Информационный объем файла, записанного в стереорежиме, больше информационного объема файла, записанного в монорежиме:

а) в 4 раза;

б) объемы одинаковые;

в) в 2 раза.

5. Стандартное приложение Звукозапись позволяет:

а) записывать, сохранять звуковые файлы;

б) записывать, воспроизводить, редактировать звуковые файлы;

в) записывать, редактировать, микшировать, воспроизводить звуковые файлы.

Last modified: Tuesday, 29 January 2013, 5:03 PM