4.Представление звуковой информации в компьютере

ЗВУК - волнообразно распространяющееся колебательное движение материальных частиц упругой среды, воспринимаемое органами слуха.

Человек воспринимает звук в пределах от 20 Гц до 20 КГц.

Верхняя граница зависит от возраста и других факторов.

Нижняя граница зависит от интенсивности звучания.

Аналоговый звук

Звуковая волна – это некая сложная функция, зависимость амплитуды звуковой волны от времени.

Информация, содержащаяся в звуковой волне, определяется не параметрами среды, в которой распространяется упругая волна, а параметрами колебаний (амплитудой и частотами основного тона и гармоник).

Любая форма звукозаписи (механическая, магнитная, оптическая, лазерная) осуществляется на основе предварительного преобразования звуковой волны в переменный электрический ток с такими же параметрами колебаний (с помощью микрофона).

Аналоговый звук представляется в аппаратуре непрерывным электрическим сигналом.

Качество звучания зависит от точности воспроизведения формы колебаний, которую очень трудно сохранить.

Главный недостаток аналоговой записи звука — неизбежные потери качества при копировании.

Оцифровка звуковой информации

Оцифровка звука – это фиксация амплитуды сигнала через определенные промежутки времени и регистрация полученных значений амплитуды в виде округленных цифровых значений.

Любой компьютер имеет в своем составе плату – аудиоадаптер (звуковую карту).

Звуковые платы включают: АЦП (аналогово-цифровой преобразователь), синтезатор, микшер, ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь), усилитель, MIDI интерфейс, порт для игровых манипуляторов.

Для записи цифрового звука АЦП производит:

дискретизацию по времени непрерывного сигнала (определяет значение амплитуды сигнала с частотой необходимой для воссоздания его исходной формы = удвоенной максимальной частотой звуковой волны);

квантование по уровням измеренных значений сигнала (определяет число фиксируемых значений (уровней, градаций) амплитуды сигнала);

кодирование сигнала (запись в двоичной системе счисления).

Обратную операцию проделывает ЦАП (цифро-аналоговый преобразователь).

Битрейт (bit rate) — буквально, скорость прохождения битов информации.

Битрейт - эффективная скорость передачи информации по каналу (скорость передачи «полезной информации», помимо служебной) выраженная килобитамив секунду (kilobit per second, kbps).

Преимущества "цифрового звука"

Оцифрованный звуковой сигнал имеет следующие достоинства:

• возможность бесконечно долгого хранения без потери исходного качества,

• возможность сколь угодно долгого воспроизведения без потери исходного качества,

• возможность бесконечного тиражирования без потери исходного качества,

• простота и широкие возможности обработки современными средствами,

• устойчивость к помехам в линиях передачи сигнала.

Параметры цифрового звука

Важными параметрами цифрового представления звука являются частота квантования звуковых сигналов и разрядность квантования.

Частоты квантования показывают, сколько раз в секунду берутся выборки сигнала (измеряется его амплитуда) для преобразования в цифровой код.

Для стандарта CD это 44КГц (44 тысячи раз за секунду), для SACD 192КГц

Разрядность квантования характеризует число ступеней сигнала и измеряется степенью числа 2.

Для стандарта CD применяются 16-разрядные аудио адаптеры, имеющие 65 536 (2 в 16 степени) ступеней квантования — как у звукового компакт–диска. Для стандарта SACD 24-разрядные.

Достоинства и ограничения цифрового звука

Достоинства

надежность хранения (данные не искажаются с течением времени);

компактность хранения;

огромные возможности коррекции и редактирования.

Sennheiser PXC 450

Наушники Sennheiser PXC 450 используют две уникальные технологии для устранения окружающего шума.

1) NoiseGard 2.0 устраняет внешние звуки противофазой: улавливает звук, рассчитывает волну, разворачивает ее в противофазу и воспроизводит с нужной громкостью внутри. После сложения волн остается тишина.

2) TalkThrough отделяет шумы от человеческой речии подавляет их обеспечивая хорошую слышимость речи.

Ограничения

Аналоговый звук слушается живее (процесс оцифровки вносит погрешности в звучание, а усиливающая цифровая аппаратура привносит специфические искажения).

Слуховой аппарат человека воспринимает частоты до 20 кГц, но человеческий мозг улавливает и более высокие частоты на подсознательном уровне.