Логарифмическая шкала децибелов

Логарифмическая шкала децибелов.
Амплитуда
L(дБ) – уровень звука;
Рпч- порог чувствительности (2*10-5 Па)
Рзв- звуковое давление измеряемого звука
Из-за широкого диапазона амплитуд чаще используется логарифмическая шкала децибелов (дБ):
Тогда весь диапазон слышимости 0 – 140 дБ.
Человек способен уловить различие в громкости, если звуки отличаются более, чем на 10%, т.е. на 1 дБ – это используется а алгоритмах сжатия звука для удаления маловажной информации.

Некоторые значения уровней шума

Способы хранения звука
Звукозапись – процесс сохранения информации о параметрах звуковых волн
Способы хранения

Способы хранения звука
Звукозапись – процесс сохранения информации о параметрах звуковых волн
Способы хранения
Цифровой
Результаты измерений записываются в цифровом виде с ограниченной точностью
временная дискретизация
квантование
Параметры звукового сигнала измеряются не непрерывно, а через определенные промежутки времени

Искажение информации при оцифровке

Импульсно-кодовая модуляция (РСМ)
Звук хранится в виде значений амплитуды, взятых в определенные моменты времени, т.е. измерение производится «импульсами»
При записи звука в компьютер амплитуда измеряется через равные промежутки времени с высокой частотой.
При восстановлении звука сохраненные значения используются для восстановления непрерывной формы выходного сигнала.

Оцифровка звука.
Процесс получения цифровой формы звука называется оцифровкой.
Устройство, выполняющее оцифровку звука называется АЦП - аналого-цифровой преобразователь (ACD);
Устройство, выполняющее обратное преобразование – ЦАП – цифро-аналоговый преобразователь (DAC);

Звуковая карта
Состав:
АЦП;
ЦАП;
сигнальный процессор (DSP)- специальная микросхема для обработки оцифрованного звука, выполняющий значительную часть рутинных расчетов при обработке звука:
смешение звуков;
наложение спецэффектов;
расчет формы выходного сигнала;
микросхема с набором «самплов»-образцов звуков для синтеза звуковых файлов формата MIDI

Принципы компьютерного воспроизведения звука

Параметры оцифровки звука
Частота, с которой производят измерение сигнала, называется частотой дискретизации
8-11 кГц – автоответчик, сотовый телефон;
22,05 кГц – радио;
44,1 кГц - AudioCD
При квантовании диапазон значений амплитуды разбивается на подуровни и сохраняется номер подуровня, в который попадает значение.
Количество бит, используемых для записи номера поддиапазона (одного отсчета) называется глубиной кодирования.
8 бит – автоответчик, сотовый телефон;
16 бит – AudioCD, звуковая карта среднего качества

Размер звукового файла форматов *.cda, *.wav
I(бит)=f(Гц)*R(бит)*N(каналов)*t(сек)
f – частота дискретизации (Гц);
R – глубина кодирования (разрядность звуковой карты);
N – количество каналов (1 – моно, 2 – стерео);
t – время звучания в сек.
Увеличивая частоту дискретизации и глубину кодирования, можно более точно сохранить (и впоследствии восстановить) форму звукового сигнала, но при этом увеличивается объем сохраненных данных

Форматы звуковых файлов
MIDI - запись музыкальных произведений в виде команд синтезатору, компактны, голос человека не воспроизводят, (соответствуют векторному представлению в графике)
WAV – универсальный звуковой формат, в нем хранится полная информация об оцифрованном звуке (соответствует формату bmp в графике). Занимает очень большой объем памяти (15 Мбайт на 1 минуту звучания).
MP3 – формат сжатия аудиоинформации с регулируемой потерей информации, позволяет сжимать файлы в несколько раз в зависимости от заданного битрейта (в среднем в 11 раз).
Даже при самом высоком битрейте – 320 кбит/сек – обеспечивает 4-кратное сжатие по сравнению с компакт-дисками.
APE – формат сжатия аудиоинформации без потери информации (а следовательно – качества) , коэффициент сжатия около 2.

Опорные термины по теме «Двоичное кодирование звука»

Кодирование звуковой информации
характеристики звуковой волны;
логарифмическая шкала децибелов;
микрофон, динамики, колонки
АЦП
ЦАП
звуковая карта
импульсно-кодовая модуляция
1
оцифровка звука и воспроизведение оцифрованного звука
частота дискретизации
квантование
разрядность регистра
моно/ стерео
потеря информации
объем звукового файла
1