"ترميز المعلومات الصوتية. ترميز الصوت الحد الأدنى والحد الأقصى لجودة الصوت

الأهداف:

التعليمية:

• تعرف على تقنية التشفير الثنائي لملفات Wav
• تعلم كيفية حل المشكلات المتعلقة بتحديد حجم ملف صوتي WAV

أخذ العينات الزمنية -وهي العملية التي، أثناء ترميز مستمر إشارة صوتية، يتم تقسيم الموجة الصوتية إلى أقسام زمنية صغيرة منفصلة، ​​ويتم تعيين قيمة سعة معينة لكل قسم من هذا القبيل. كلما زادت سعة الإشارة، كلما كان الصوت أعلى.

عمق الصوت (عمق الترميز) -عدد البتات لكل ترميز صوتي.

مستويات الصوت (مستويات الإشارة)- يمكن أن يكون للصوت مستويات صوت مختلفة. يتم حساب عدد مستويات الصوت المختلفة باستخدام الصيغة ن= 2 أنا أينأنا- عمق الصوت.

تردد أخذ العينات -عدد قياسات مستوى إشارة الدخل لكل وحدة زمنية (لكل ثانية واحدة). كلما ارتفع معدل أخذ العينات، زادت دقة إجراء التشفير الثنائي. يتم قياس التردد بالهرتز (هرتز). قياس واحد لكل ثانية -1 هرتز.

1000 قياس في ثانية واحدة 1 كيلو هرتز. دعنا نشير إلى معدل أخذ العينات بالحرفد. للتشفير، اختر أحد الترددات الثلاثة:44.1 كيلو هرتز، 22.05 كيلو هرتز، 11.025 كيلو هرتز.

ويعتقد أن نطاق الترددات التي يسمعها الشخص هو منها 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز.

جودة الترميز الثنائي -قيمة يتم تحديدها بواسطة عمق التشفير وتكرار أخذ العينات.

محول الصوت (بطاقة الصوت) -جهاز يحول الاهتزازات الكهربائية ذات تردد الصوت إلى اهتزازات رقمية الكود الثنائيعند إدخال الصوت والرجوع (من رمز رقمي إلى الاهتزازات الكهربائية) عند تشغيل الصوت.

مواصفات محول الصوت:تردد أخذ العينات وتسجيل عمق البت.).

حجم التسجيل -عدد البتات في سجل محول الصوت. كلما زاد عمق البت، قل الخطأ في كل تحويل قيمة على حدة التيار الكهربائيإلى رقم والعودة. إذا كان عمق الشيء هو أنا، ثم عند قياس إشارة الدخل يمكن الحصول على 2أنا = ن معان مختلفة.

حجم ملف الصوت الرقمي الأحادي (أ) يتم قياسه بالصيغة:

أ= د* ت* أنا/8 ، أيند - تردد أخذ العينات (هرتز)،ت- وقت تشغيل الصوت أو تسجيله،أناعرض التسجيل (القرار). ووفقا لهذه الصيغة، يتم قياس الحجم بالبايت.

حجم ملف الصوت الاستريو الرقمي (أ) يتم قياسه بالصيغة:

أ=2* د* ت* أنا/8 ، يتم تسجيل الإشارة لمكبري صوت، حيث يتم تشفير قنوات الصوت اليمنى واليسرى بشكل منفصل.

من المفيد للطلاب إعطاء الجدول 1، يوضح عدد الميغابايت التي ستشغلها الدقيقة المشفرة الواحدة معلومات صوتيةبمعدلات أخذ عينات مختلفة:

الخوارزمية 1 (حساب حجم المعلومات لملف صوتي):

1) معرفة عدد القيم الإجمالية التي تمت قراءتها في الذاكرة أثناء تشغيل الملف؛

2) معرفة سعة الكود (عدد البتات في الذاكرة التي تشغلها كل قيمة مُقاسة)؛

3) مضاعفة النتائج.

4) تحويل النتيجة إلى بايت.

5) تحويل النتيجة إلى K بايت؛

6) تحويل النتيجة إلى M بايت؛

الخوارزمية 2 (احسب وقت تشغيل الملف.)

1) تحويل حجم معلومات الملف إلى K بايت.

2) تحويل حجم معلومات الملف إلى بايت.

3) تحويل حجم معلومات الملف إلى بتات.

4) معرفة عدد القيم التي تم قياسها (حجم المعلومات بالبت مقسومًا على طول بت الكود).

5) احسب عدد ثواني الصوت. (اقسم النتيجة السابقة على تكرار أخذ العينات.)

1. حجم الملف الرقمي

مستوى 3"

1. حدد الحجم (بالبايت) لملف صوتي رقمي تبلغ مدة تشغيله 10 ثوانٍ بمعدل أخذ عينات يبلغ 22.05 كيلو هرتز ودقة 8 بت. الملف غير مضغوط.

حل:

صيغة لحساب الحجم (بالبايت)ملف صوتي رقمي: أ= د* ت* أنا/8.

للتحويل إلى بايت، يجب تقسيم القيمة الناتجة على 8 بت.

22.05 كيلو هرتز = 22.05 * 1000 هرتز = 22050 هرتز

أ= د* ت* أنا/8 = 22050 × 10 × 8/8 = 220500 بايت.

الإجابة: حجم الملف 220500 بايت.

2. حدد مقدار الذاكرة لتخزين ملف صوتي رقمي، تبلغ مدة تشغيله دقيقتين بتردد أخذ عينات يبلغ 44.1 كيلو هرتز ودقة 16 بت.

حل:

أ= د* ت* أنا/8. - مقدار الذاكرة المخصصة لتخزين ملف صوتي رقمي.

44100 (هرتز) × 120 (ث) × 16 (بت) / 8 (بت) = 10584000 بايت = 10335.9375 كيلو بايت = 10.094 ميجابايت.

الجواب: ≈ 10 ميغابايت

مستوى 4"

3. تبلغ سعة الذاكرة للمستخدم 2.6 ميجابايت. من الضروري تسجيل ملف صوتي رقمي مدته الصوتية دقيقة واحدة. ما ينبغي أن يكون تردد أخذ العينات وعمق البت؟

حل:

صيغة حساب تردد أخذ العينات وعمق البت: D* I =A/T

(سعة الذاكرة بالبايت): (زمن السبر بالثواني):

2.6 ميجابايت = 2726297.6 بايت

D* I =A/T= 2726297.6 بايت: 60 = 45438.3 بايت

D = 45438.3 بايت: I

يمكن أن يكون عرض المحول 8 أو 16 بت. (1 بايت أو 2 بايت). لذلك يمكن أن يكون تردد أخذ العينات إما 45438.3 هرتز = 45.4 كيلو هرتز ≈ 44.1 كيلو هرتز-تردد أخذ العينات المميز القياسي، أو 22719.15 هرتز = 22.7 كيلو هرتز ≈ 22.05 كيلو هرتز- معدل أخذ العينات المميز القياسي

إجابة:

4. مقدار الذاكرة الحرة على القرص هو 5.25 ميجابايت، وعمق البت لبطاقة الصوت هو 16. ما هي مدة الصوت لملف صوتي رقمي مسجل بتردد أخذ عينات يبلغ 22.05 كيلو هرتز؟

حل:

صيغة حساب مدة الصوت: T=A/D/I

(سعة الذاكرة بالبايت): (تردد أخذ العينات بالهرتز): (سعة بطاقة الصوت بالبايت):

5.25 ميجابايت = 5505024 بايت

5505024 بايت: 22050 هرتز: 2 بايت = 124.8 ثانية
الجواب: 124.8 ثانية

5. دقيقة واحدة من تسجيل ملف صوتي رقمي تشغل 1.3 ميجابايت من مساحة القرص، وسعة البت لبطاقة الصوت هي 8. ما هو معدل أخذ العينات الذي يتم تسجيل الصوت فيه؟

حل:

صيغة حساب معدل أخذ العينات: D = A/T/I

(سعة الذاكرة بالبايت) : (مدة التسجيل بالثواني) : (سعة بطاقة الصوت بالبايت)

1.3 ميجابايت = 1363148.8 بايت

1363148.8 بايت: 60:1 = 22719.1 هرتز

الجواب: 22.05 كيلو هرتز

6. تستغرق دقيقتين من تسجيل ملف صوتي رقمي 5.1 ميجابايت من مساحة القرص. تردد أخذ العينات - 22050 هرتز. ما هو عمق البت لمحول الصوت؟

حل:

صيغة حساب عمق البت: (سعة الذاكرة بالبايت): (زمن السبر بالثواني): (تردد أخذ العينات):

5.1 ميجابايت = 5347737.6 بايت

5347737.6 بايت: 120 ثانية: 22050 هرتز = 2.02 بايت = 16 بت

الجواب: 16 بت

7. مقدار الذاكرة الحرة على القرص هو 0.01 جيجابايت، وعمق البت لبطاقة الصوت هو 16. ما هي مدة الصوت لملف صوتي رقمي مسجل بتردد أخذ عينات يبلغ 44100 هرتز؟

حل:

صيغة لحساب مدة الصوت T=A/D/I

(سعة الذاكرة بالبايت) : (تردد أخذ العينات بالهرتز) : (سعة بطاقة الصوت بالبايت)

0.01 جيجابايت = 10737418.24 بايت

10737418.24 بايت: 44100: 2 = 121.74 ثانية = 2.03 دقيقة
الجواب: 20.3 دقيقة

8. قم بتقدير حجم المعلومات لملف صوتي أحادي بمدة صوت تبلغ دقيقة واحدة. إذا كان "عمق" التشفير وتردد اعتيان الإشارة الصوتية متساويين، على التوالي:
أ) 16 بت و8 كيلو هرتز؛
ب) 16 بت و24 كيلو هرتز.

حل:

أ).

16 بت × 8000 = 128000 بت = 16000 بايت = 15.625 كيلو بايت/ثانية

15.625 كيلو بايت/ثانية × 60 ثانية = 937.5 كيلو بايت

ب).
1) حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:
16 بت × 24000 = 384000 بت = 48000 بايت = 46.875 كيلو بايت/ثانية
2) حجم المعلومات لملف صوتي مدته دقيقة واحدة يساوي:
46.875 كيلو بايت/ثانية × 60 ثانية = 2812.5 كيلو بايت = 2.8 ميجابايت

الإجابة: أ) 937.5 كيلو بايت؛ ب) 2.8 ميجابايت

مستوى 5"

يستخدم الجدول 1

9. ما مقدار الذاكرة المطلوبة لتخزين ملف صوتي رقمي مع تسجيل صوتي عالي الجودة، بشرط أن تكون مدة التشغيل 3 دقائق؟

حل:

يتم تحقيق جودة صوت عالية عند تردد أخذ عينات يبلغ 44.1 كيلو هرتز وعمق بت محول الصوت يبلغ 16.
صيغة حساب سعة الذاكرة: (وقت التسجيل بالثواني) × (سعة بطاقة الصوت بالبايت) × (تردد أخذ العينات):
180 ثانية × 2 × 44100 هرتز = 15876000 بايت = 15.1 ميجابايت
الإجابة: 15.1 ميجابايت

10. يحتوي ملف الصوت الرقمي على تسجيل صوتي منخفض الجودة (الصوت داكن ومكتوم). ما هي مدة الملف إذا كان حجمه 650 كيلو بايت؟

حل:

المعلمات التالية نموذجية للصوت الكئيب والمكتوم: تردد أخذ العينات - 11.025 كيلو هرتز، عمق بت محول الصوت - 8 بت (انظر الجدول 1). ثم T=A/D/I. لنقم بتحويل وحدة التخزين إلى بايت: 650 كيلو بايت = 665600 بايت

Т=665600 بايت/11025 هرتز/1 بايت ≈60.4 ثانية

الجواب: مدة الصوت 60.5 ثانية

حل:

حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:
16 بت × 48000 × 2 = 1536000 بت = 187.5 كيلو بايت (مضروبة في 2، منذ الاستريو).

حجم المعلومات لملف صوتي مدته دقيقة واحدة يساوي:
187.5 كيلو بايت/ثانية × 60 ثانية ≈ 11 ميجابايت

الجواب: 11 ميجا بايت

الإجابة: أ) 940 كيلو بايت؛ ب) 2.8 ميجابايت.

12. احسب وقت تشغيل ملف صوتي أحادي إذا كان حجمه يساوي: بتشفير 16 بت وتردد أخذ عينات يبلغ 32 كيلو هرتز.
أ) 700 كيلو بايت؛
ب) 6300 كيلو بايت

حل:

أ).
1) حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:


700 كيلو بايت: 62.5 كيلو بايت/ثانية = 11.2 ثانية

ب).
1) حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:
16 بت × 32000 = 512000 بت = 64000 بايت = 62.5 كيلو بايت/ثانية
2) وقت تشغيل ملف صوتي أحادي بحجم 700 كيلو بايت هو:
6300 كيلو بايت: 62.5 كيلو بايت/ثانية = 100.8 ثانية = 1.68 دقيقة

الجواب: أ) 10 ثواني؛ ب) 1.5 دقيقة.

13. احسب عدد بايتات المعلومات التي تشغلها ثانية واحدة من تسجيل الاستريو على قرص مضغوط (تردد 44032 هرتز، 16 بت لكل قيمة). كم من الوقت تستغرق الدقيقة الواحدة؟ ما هي سعة القرص القصوى (بافتراض أن المدة القصوى هي 80 دقيقة)؟

حل:

صيغة لحساب حجم الذاكرة أ= د* ت* أنا:
(مدة التسجيل بالثواني) * (سعة بطاقة الصوت بالبايت) * (تردد أخذ العينات). 16 بت -2 بايت.
1) 1 ثانية × 2 × 44032 هرتز = 88064 بايت (تسجيل قرص مضغوط استريو لثانية واحدة)
2) 60 ثانية × 2 × 44032 هرتز = 5283840 بايت (دقيقة واحدة من تسجيل قرص مضغوط استريو)
3) 4800 ثانية × 2 × 44032 هرتز = 422707200 بايت = 412800 كيلو بايت = 403.125 ميجابايت (80 دقيقة)

الإجابة: 88064 بايت (ثانية واحدة)، 5283840 بايت (دقيقة واحدة)، 403.125 ميجابايت (80 دقيقة)

2. تحديد جودة الصوت.

لتحديد جودة الصوت، تحتاج إلى العثور على تردد أخذ العينات واستخدام الجدول رقم 1

256 (2 8) مستويات شدة الإشارة - جودة صوت البث الإذاعي، باستخدام 65536 (2 16) مستويات شدة الإشارة - جودة صوت القرص المضغوط الصوتي. يتوافق أعلى تردد عالي الجودة مع الموسيقى المسجلة على قرص مضغوط. يتم قياس حجم الإشارة التناظرية في هذه الحالة 44100 مرة في الثانية.

مستوى 5"

13. تحديد جودة الصوت (جودة البث الإذاعي، الجودة المتوسطة، جودة القرص المضغوط الصوتي) إذا كان من المعروف أن حجم ملف صوتي أحادي تبلغ مدة الصوت فيه 10 ثوانٍ. يساوي:
أ) 940 كيلو بايت؛
ب) 157 كيلو بايت.

(، ص 76، رقم 2.83)

حل:

أ).
1) 940 كيلو بايت = 962560 بايت = 7700480 بت
2) 7700480 بت: 10 ثانية = 770048 بت/ثانية
3) 770048 بت في الثانية: 16 بت = 48128 هرتز - تردد أخذ العينات - قريب من أعلى 44.1 كيلو هرتز
الإجابة: جودة القرص المضغوط الصوتي

ب).
1) 157 كيلو بايت = 160768 بايت = 1286144 بت
2) 1286144 بت: 10 ثانية = 128614.4 بت/ثانية
3) 128614.4 نقطة أساس: 16 بت = 8038.4 هرتز
رد: جودة البث

الإجابة: أ) جودة القرص المضغوط؛ ب) جودة البث الإذاعي.

14. حدد طول الملف الصوتي الذي سيتم احتواؤه على قرص مرن مقاس 3.5 بوصة. يرجى ملاحظة أنه تم تخصيص 2847 قطاعًا بسعة 512 بايت لتخزين البيانات على هذا القرص المرن.
أ) بجودة صوت منخفضة: أحادي، 8 بت، 8 كيلو هرتز؛
ب) متى جودة عاليةالصوت: ستيريو، 16 بت، 48 كيلو هرتز.

(، ص 77، رقم 2.85)

حل:

أ).



8 بت × 8000 = 64000 بت = 8000 بايت = 7.8 كيلو بايت/ثانية
3) وقت تشغيل ملف صوتي أحادي بحجم 1423.5 كيلو بايت يساوي:
1423.5 كيلو بايت: 7.8 كيلو بايت/ثانية = 182.5 ثانية ≈ 3 دقائق

ب).
1) حجم المعلومات على القرص المرن يساوي:
2847 قطاعًا × 512 بايت = 1457664 بايت = 1423.5 كيلو بايت
2) حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:
16 بت × 48000 × 2 = 1536000 بت = 192000 بايت = 187.5 كيلو بايت/ثانية
3) وقت تشغيل ملف صوتي استريو بحجم 1423.5 كيلو بايت يساوي:
1423.5 كيلو بايت: 187.5 كيلو بايت/ثانية = 7.6 ثانية

الجواب: أ) 3 دقائق؛ ب) 7.6 ثانية.

3. ترميز الصوت الثنائي.

عند حل المشكلات يستخدم المواد النظرية التالية:

من أجل تشفير الصوت، الإشارة التناظرية الموضحة في الشكل

وينقسم المستوى إلى خطوط عمودية وأفقية. التقسيم العمودي هو أخذ عينات من الإشارة التناظرية (تردد قياس الإشارة)، والتقسيم الأفقي هو توضيححسب المستوى. أولئك. كلما كانت الشبكة أدق، كان تقريب الصوت التناظري باستخدام الأرقام أفضل. يتم استخدام تكميم ثمانية بت لرقمنة الكلام العادي ( محادثة هاتفية) والبث الإذاعي على موجات قصيرة. ستة عشر بت - لرقمنة الموسيقى والبث الإذاعي VHF (الموجة القصيرة جدًا).

مستوى 3"

15. تم أخذ عينات من الإشارة الصوتية التناظرية أولاً باستخدام 256 شدة إشارة (جودة صوت البث) ثم باستخدام 65,536 شدة إشارة (جودة صوت القرص المضغوط الصوتي). كم مرة تختلف أحجام المعلومات في الصوت الرقمي؟ (، ص 77، رقم 2.86)

حل:

طول الكود للإشارة التناظرية باستخدام 256 مستوى من شدة الإشارة هو 8 بتات، وباستخدام 65536 مستوى من شدة الإشارة هو 16 بت. وبما أن طول كود الإشارة الواحدة قد تضاعف، فإن أحجام المعلومات الخاصة بالصوت الرقمي تختلف بعامل قدره 2.

الجواب: 2 مرات.

مستوى "4"

16. وفقًا لنظرية نيكويست-كوتيلنيكوف، من أجل إعادة بناء الإشارة التناظرية بدقة من مصدرها تمثيل منفصل(حسب عيناتها)، يجب أن يكون تردد أخذ العينات ضعف التردد الصوتي الأقصى لهذه الإشارة على الأقل.

• ما هو معدل أخذ عينات الصوت الذي يمكن أن يدركه الإنسان؟
• أيهما يجب أن يكون أعلى: معدل أخذ العينات من الكلام أم معدل أخذ العينات من الأوركسترا السيمفونية؟

الهدف: تعريف الطلاب بخصائص الأجهزة والبرامج للتعامل مع الصوت. أنواع الأنشطة: استخلاص المعرفة من دورة الفيزياء (أو العمل مع الكتب المرجعية). (، ص.؟؟، المهمة 2)

حل:

ويعتقد أن نطاق الترددات التي يسمعها الإنسان يتراوح من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز. وبالتالي، وفقًا لنظرية نيكويست-كوتيلنيكوف، من أجل إعادة بناء الإشارة التناظرية بدقة من تمثيلها المنفصل (من عيناتها)، يجب أن يكون معدل أخذ العينات على الأقل ضعف الحد الأقصى للتردد الصوتي لتلك الإشارة. الحد الأقصى لتردد الصوت الذي يمكن أن يسمعه الشخص هو 20 كيلو هرتز، مما يعني أن الجهازرا و برمجةيجب أن يوفر معدل أخذ عينات لا يقل عن 40 كيلو هرتز، أو بشكل أكثر دقة 44.1 كيلو هرتز. معالجة الكمبيوتريتطلب صوت الأوركسترا السيمفونية معدل أخذ عينات أعلى من معالجة الكلام، لأن نطاق التردد في حالة الأوركسترا السيمفونية أكبر بكثير.

الإجابة: ما لا يقل عن 40 كيلو هرتز، يكون تردد أخذ العينات للأوركسترا السيمفونية أعلى.

مستوى 5"

17. يوضح الشكل صوت ثانية واحدة من الكلام المسجل بواسطة جهاز تسجيل. قم بتشفيرها بشفرة رقمية ثنائية بتردد 10 هرتز وطول كود 3 بت. (، ص.؟؟، المهمة 1)

حل:

التشفير عند 10 هرتز يعني أنه يتعين علينا قياس درجة الصوت 10 مرات في الثانية. دعونا نختار لحظات زمنية متساوية:

طول الكود 3 بت يعني 2 3 = 8 مستويات تكميم. أي أنه كرمز رقمي لطبقة الصوت في كل لحظة محددة من الزمن، يمكننا ضبط إحدى المجموعات التالية: 000، 001، 010، 011، 100، 101، 110، 111. لا يوجد سوى 8 منها لذلك يمكن قياس درجة الصوت عند 8 "مستويات":

سنقوم "بتقريب" قيم الملعب إلى أقرب مستوى أدنى:

استخدام هذه الطريقةبالتشفير نحصل على النتيجة التالية (يتم تضمين المسافات لسهولة الإدراك): 100100000011111010011100010110.

ملحوظة.يُنصح بلفت انتباه الطلاب إلى مدى عدم دقة الكود في نقل التغيير في السعة. وهذا يعني أن معدل أخذ العينات البالغ 10 هرتز ومستوى التكميم البالغ 2 3 (3 بتات) صغير جدًا. عادةً، بالنسبة للصوت (الصوت)، يتم اختيار تردد أخذ العينات بمقدار 8 كيلو هرتز، أي 8000 مرة في الثانية، ومستوى تكميم يبلغ 2 8 (طول الكود 8 بت).

الجواب: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.

18. اشرح لماذا يعتبر مستوى التكميم، إلى جانب تردد أخذ العينات، الخصائص الرئيسية لتمثيل الصوت في الكمبيوتر. الأهداف:لتعزيز فهم الطلاب لمفاهيم "دقة تمثيل البيانات"، "خطأ القياس"، "خطأ التمثيل"؛ مراجعة الترميز الثنائي وطول الكود مع الطلاب. نوع النشاط: العمل مع تعريفات المفاهيم. (، ص.؟؟، المهمة 3)

حل:

في الهندسة والفيزياء والتكنولوجيا هناك مفهوم “دقة القياس” الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمفهوم “خطأ القياس”. ولكن هناك أيضا مفهوم "دقة التمثيل".على سبيل المثال، حول ارتفاع الشخص يمكننا أن نقول أنه: أ) حول. 2 م، ب) أكثر بقليل من 1.7 م، ج) يساوي 1 م 72 سم، د) يساوي 1 م 71 سم 8 مم. أي أنه يمكن استخدام 1 أو 2 أو 3 أو 4 أرقام للإشارة إلى الارتفاع المُقاس.
الشيء نفسه ينطبق على الترميز الثنائي. إذا تم استخدام 2 بت فقط لتسجيل طبقة الصوت في لحظة معينة من الزمن، فحتى لو كانت القياسات دقيقة، يمكن إرسال 4 مستويات فقط: منخفض (00)، أقل من المتوسط ​​(01)، فوق المتوسط ​​( 10)، عالي (11). إذا كنت تستخدم بايت واحد، يمكنك نقل 256 مستوى. كيف مستوى الكمي أعلى، أو الذي هو نفسه كلما زاد عدد البتات المخصصة لتسجيل القيمة المقاسة، كلما تم إرسال هذه القيمة بدقة أكبر.

ملحوظة.تجدر الإشارة إلى أن أداة القياس يجب أن تدعم أيضًا مستوى التكميم المحدد (لا فائدة من تمثيل الطول المقاس بمسطرة بتقسيمات الديسيمتر بدقة ملليمتر).

ترميز المعلومات الصوتية

أنواع المهام:

1. حجم ملف الصوت الرقمي (أحادي وستيريو).

عند حل المشكلات يعتمد الطلاب على المفاهيم التالية:

أخذ العينات الزمنية –عملية يتم فيها تقسيم الموجة الصوتية، أثناء تشفير إشارة صوتية مستمرة، إلى أقسام زمنية صغيرة منفصلة، ​​ويتم تعيين قيمة سعة معينة لكل قسم من هذا القبيل. كلما زادت سعة الإشارة، كلما كان الصوت أعلى.

عمق الصوت (عمق الترميز) -عدد البتات لكل ترميز صوتي.

مستويات الصوت (مستويات الإشارة)- يمكن أن يكون للصوت مستويات صوت مختلفة. يتم حساب عدد مستويات الصوت المختلفة باستخدام الصيغة ن= 2 أنا أينأنا- عمق الصوت.

تردد أخذ العينات -عدد قياسات مستوى إشارة الدخل لكل وحدة زمنية (لكل ثانية واحدة). كلما ارتفع معدل أخذ العينات، زادت دقة إجراء التشفير الثنائي. يتم قياس التردد بالهرتز (هرتز). قياس واحد لكل ثانية -1 هرتز.

1000 قياس في ثانية واحدة 1 كيلو هرتز. دعنا نشير إلى معدل أخذ العينات بالحرفد. للتشفير، اختر أحد الترددات الثلاثة:44.1 كيلو هرتز، 22.05 كيلو هرتز، 11.025 كيلو هرتز.

ويعتقد أن نطاق الترددات التي يسمعها الشخص هو منها 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز.

جودة الترميز الثنائي –قيمة يتم تحديدها بواسطة عمق التشفير وتكرار أخذ العينات.

محول الصوت (بطاقة الصوت) –جهاز يقوم بتحويل الاهتزازات الكهربائية لتردد الصوت إلى رمز ثنائي رقمي عند إدخال الصوت والعكس (من رمز رقمي إلى اهتزازات كهربائية) عند تشغيل الصوت.

مواصفات محول الصوت:تردد أخذ العينات وتسجيل عمق البت.).

حجم التسجيل -عدد البتات في سجل محول الصوت. كلما زادت سعة الرقم، قل خطأ كل تحويل فردي لشدة التيار الكهربائي إلى رقم والعكس صحيح. إذا كان عمق الشيء هو أنا، ثم عند قياس إشارة الدخل يمكن الحصول على 2أنا = ن معان مختلفة.

حجم ملف الصوت الرقمي الأحادي (أ) يتم قياسه بالصيغة:

أ= د* ت* أنا/8 ، أيند – تردد أخذ العينات (هرتز)،ت- وقت تشغيل الصوت أو تسجيله،أناعرض التسجيل (القرار). ووفقا لهذه الصيغة، يتم قياس الحجم بالبايت.

حجم ملف الصوت الاستريو الرقمي (أ) يتم قياسه بالصيغة:

أ=2* د* ت* أنا/8 ، يتم تسجيل الإشارة لمكبري صوت، حيث يتم تشفير قنوات الصوت اليمنى واليسرى بشكل منفصل.

من المفيد للطلاب إعطاء الجدول 1، يوضح عدد الميغابايت التي ستشغلها دقيقة واحدة مشفرة من المعلومات الصوتية بمعدلات أخذ عينات مختلفة:

1. حجم الملف الرقمي

مستوى 3"

1. حدد الحجم (بالبايت) لملف صوتي رقمي تبلغ مدة تشغيله 10 ثوانٍ بمعدل أخذ عينات يبلغ 22.05 كيلو هرتز ودقة 8 بت. الملف غير مضغوط. (، الصفحة 156، مثال 1)

حل:

صيغة لحساب الحجم (بالبايت)ملف صوتي رقمي: أ= د* ت* أنا/8.

للتحويل إلى بايت، يجب تقسيم القيمة الناتجة على 8 بت.

22.05 كيلو هرتز = 22.05 * 1000 هرتز = 22050 هرتز

أ= د* ت* أنا/8 = 22050 × 10 × 8/8 = 220500 بايت.

الإجابة: حجم الملف 220500 بايت.

2. حدد مقدار الذاكرة لتخزين ملف صوتي رقمي، تبلغ مدة تشغيله دقيقتين بتردد أخذ عينات يبلغ 44.1 كيلو هرتز ودقة 16 بت. (، ص 157، رقم 88)

حل:

أ= د* ت* أنا/8. – مقدار الذاكرة المخصصة لتخزين ملف صوتي رقمي.

44100 (هرتز) × 120 (ثانية) × 16 (بت) / 8 (بت) = البايت = 10335.9375 كيلو بايت = 10.094 ميجابايت.

الجواب: ≈ 10 ميغابايت

مستوى 4"

3. تبلغ سعة الذاكرة للمستخدم 2.6 ميجابايت. من الضروري تسجيل ملف صوتي رقمي مدته الصوتية دقيقة واحدة. ما ينبغي أن يكون تردد أخذ العينات وعمق البت؟ (، ص 157، رقم 89)

حل:

صيغة حساب تردد أخذ العينات وعمق البت: D* I =A/T

(سعة الذاكرة بالبايت): (زمن السبر بالثواني):

2.6 ميجابايت = 26 بايت

D* I =A/T= 26 بايت: 60 = 45438.3 بايت

D = 45438.3 بايت: I

يمكن أن يكون عرض المحول 8 أو 16 بت. (1 بايت أو 2 بايت). لذلك يمكن أن يكون تردد أخذ العينات إما 45438.3 هرتز = 45.4 كيلو هرتز ≈ 44.1 كيلو هرتز– تردد أخذ العينات المميز القياسي، أو 22719.15 هرتز = 22.7 كيلو هرتز ≈ 22.05 كيلو هرتز- معدل أخذ العينات المميز القياسي

إجابة:

4. تبلغ مساحة الذاكرة الخالية على القرص 5.25 ميجابايت، وعمق البت لبطاقة الصوت 16. ما هي مدة الصوت في ملف صوتي رقمي مسجل بتردد أخذ عينات يبلغ 22.05 كيلو هرتز؟ (، ص 157، رقم 90)

حل:

صيغة حساب مدة الصوت: T=A/D/I

(سعة الذاكرة بالبايت): (تردد أخذ العينات بالهرتز): (سعة بطاقة الصوت بالبايت):

5.25 ميجابايت = 5505024 بايت

5505024 بايت: 22050 هرتز: 2 بايت = 124.8 ثانية
الجواب: 124.8 ثانية

5. دقيقة واحدة من تسجيل ملف صوتي رقمي تشغل 1.3 ميجابايت من مساحة القرص، وعمق البت لبطاقة الصوت هو 8. ما هو معدل أخذ العينات الذي يتم تسجيل الصوت فيه؟ (، ص 157، رقم 91)

حل:

صيغة حساب معدل أخذ العينات: D = A/T/I

(سعة الذاكرة بالبايت) : (مدة التسجيل بالثواني) : (سعة بطاقة الصوت بالبايت)

1.3 ميجابايت = 18 بايت

18 بايت: 60:1 = 22719.1 هرتز

الجواب: 22.05 كيلو هرتز

6. تستغرق دقيقتين من تسجيل ملف صوتي رقمي 5.1 ميجابايت من مساحة القرص. تردد أخذ العينات - 22050 هرتز. ما هو عمق البت لمحول الصوت؟ (، ص 157، رقم 94)

حل:

صيغة حساب عمق البت: (سعة الذاكرة بالبايت): (زمن السبر بالثواني): (تردد أخذ العينات):

5.1 ميجابايت = 56 بايت

56 بايت: 120 ثانية: 22050 هرتز = 2.02 بايت = 16 بت

الجواب: 16 بت

7. مقدار الذاكرة الحرة على القرص هو 0.01 جيجابايت، وعمق البت لبطاقة الصوت هو 16. ما هي مدة الصوت لملف صوتي رقمي مسجل بتردد أخذ عينات يبلغ 44100 هرتز؟ (، ص 157، رقم 95)

حل:

صيغة لحساب مدة الصوت T=A/D/I

(سعة الذاكرة بالبايت) : (تردد أخذ العينات بالهرتز) : (سعة بطاقة الصوت بالبايت)

0.01 جيجابايت = .24 بايت

24 بايت: 44100: 2 = 121.74 ثانية = 2.03 دقيقة
الجواب: 20.3 دقيقة

8. قم بتقدير حجم المعلومات لملف صوتي أحادي بمدة صوت تبلغ دقيقة واحدة. إذا كان "عمق" التشفير وتردد اعتيان الإشارة الصوتية متساويين، على التوالي:
أ) 16 بت و8 كيلو هرتز؛
ب) 16 بت و24 كيلو هرتز.

(، ص 76، رقم 2.82)

حل:

أ).
16 بت × 8000 = 128000 بت = 16000 بايت = 15.625 كيلو بايت/ثانية
15.625 كيلو بايت/ثانية × 60 ثانية = 937.5 كيلو بايت

ب).
1) حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:
16 بت × = 384000 بت = 48000 بايت = 46.875 كيلو بايت/ثانية
2) حجم المعلومات لملف صوتي مدته دقيقة واحدة يساوي:
46.875 كيلو بايت/ثانية × 60 ثانية = 2812.5 كيلو بايت = 2.8 ميجابايت

الإجابة: أ) 937.5 كيلو بايت؛ ب) 2.8 ميجابايت

مستوى 5"

يستخدم الجدول 1

9. ما مقدار الذاكرة المطلوبة لتخزين ملف صوتي رقمي مع تسجيل صوتي عالي الجودة، بشرط أن تكون مدة التشغيل 3 دقائق؟ (، ص 157، رقم 92)

حل:

يتم تحقيق جودة صوت عالية عند تردد أخذ عينات يبلغ 44.1 كيلو هرتز وعمق بت محول الصوت يبلغ 16.
صيغة حساب سعة الذاكرة: (وقت التسجيل بالثواني) × (سعة بطاقة الصوت بالبايت) × (تردد أخذ العينات):
180 ثانية × 2 × 44100 هرتز = بايت = 15.1 ميجابايت
الإجابة: 15.1 ميجابايت

10. يحتوي ملف الصوت الرقمي على تسجيل صوتي منخفض الجودة (الصوت داكن ومكتوم). ما هي مدة الملف إذا كان حجمه 650 كيلو بايت؟ (، ص 157، رقم 93)

حل:

المعلمات التالية نموذجية للصوت الكئيب والمكتوم: تردد أخذ العينات - 11.025 كيلو هرتز، عمق بت محول الصوت - 8 بت (انظر الجدول 1). ثم T=A/D/I. لنقم بتحويل وحدة التخزين إلى بايت: 650 كيلو بايت = 665600 بايت

Т=665600 بايت/11025 هرتز/1 بايت ≈60.4 ثانية

الجواب: مدة الصوت 60.5 ثانية

حل:

حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:
16 بت xx 2 = 1 بت = 187.5 كيلو بايت (مضروبة في 2، لأنها ستريو).

حجم المعلومات لملف صوتي مدته دقيقة واحدة يساوي:
187.5 كيلو بايت/ثانية × 60 ثانية ≈ 11 ميجابايت

الجواب: 11 ميجا بايت

الإجابة: أ) 940 كيلو بايت؛ ب) 2.8 ميجابايت.

12. احسب وقت تشغيل ملف صوتي أحادي إذا كان حجمه يساوي: بتشفير 16 بت وتردد أخذ عينات يبلغ 32 كيلو هرتز.
أ) 700 كيلو بايت؛
ب) 6300 كيلو بايت

(، ص 76، رقم 2.84)

حل:

أ).
1) حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:

700 كيلو بايت: 62.5 كيلو بايت/ثانية = 11.2 ثانية

ب).
1) حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:
16 بت × = 512000 بت = 64000 بايت = 62.5 كيلو بايت/ثانية
2) وقت تشغيل ملف صوتي أحادي بحجم 700 كيلو بايت هو:
6300 كيلو بايت: 62.5 كيلو بايت/ثانية = 100.8 ثانية = 1.68 دقيقة

الجواب: أ) 10 ثواني؛ ب) 1.5 دقيقة.

13. احسب عدد بايتات المعلومات التي تشغلها ثانية واحدة من تسجيل الاستريو على قرص مضغوط (تردد 44032 هرتز، 16 بت لكل قيمة). كم من الوقت تستغرق الدقيقة الواحدة؟ ما هي سعة القرص القصوى (بافتراض أن المدة القصوى هي 80 دقيقة)؟ (، ص34، تمرين رقم 34)

حل:

صيغة لحساب حجم الذاكرة أ= د* ت* أنا:
(مدة التسجيل بالثواني) * (سعة بطاقة الصوت بالبايت) * (تردد أخذ العينات). 16 بت -2 بايت.
1) 1 ثانية × 2 × 44032 هرتز = 88064 بايت (تسجيل قرص مضغوط استريو لثانية واحدة)
2) 60 ثانية × 2 × 44032 هرتز = 5283840 بايت (دقيقة واحدة من تسجيل قرص مضغوط استريو)
3) 4800 ثانية × 2 × 44032 هرتز = بايت = 412800 كيلو بايت = 403.125 ميجابايت (80 دقيقة)

الإجابة: 88064 بايت (ثانية واحدة)، 5283840 بايت (دقيقة واحدة)، 403.125 ميجابايت (80 دقيقة)

2. تحديد جودة الصوت.

لتحديد جودة الصوت، تحتاج إلى العثور على تردد أخذ العينات واستخدام الجدول رقم 1

مستويات شدة الإشارة - جودة صوت البث الإذاعي، باستخدام 65 مستوى من مستويات شدة الإشارة - جودة صوت القرص المضغوط الصوتي. يتوافق أعلى تردد عالي الجودة مع الموسيقى المسجلة على قرص مضغوط. يتم قياس حجم الإشارة التناظرية في هذه الحالة 44100 مرة في الثانية.

مستوى 5"

13. تحديد جودة الصوت (جودة البث الإذاعي، الجودة المتوسطة، جودة القرص المضغوط الصوتي) إذا كان من المعروف أن حجم ملف صوتي أحادي تبلغ مدة الصوت فيه 10 ثوانٍ. يساوي:
أ) 940 كيلو بايت؛
ب) 157 كيلو بايت.

(، ص 76، رقم 2.83)

حل:

أ).
1) 940 كيلو بايت = 962560 بايت = 7700480 بت
2) 7700480 بت: 10 ثانية = 770048 بت/ثانية
3) 770048 بت في الثانية: 16 بت = 48128 هرتز – معدل أخذ العينات – قريب من الأعلى 44.1 كيلو هرتز
الإجابة: جودة القرص المضغوط الصوتي

ب).
1) 157 كيلو بايت = 160768 بايت = 1286144 بت
2) 1286144 بت: 10 ثانية = 4 بت في الثانية
3) 4 بت في الثانية: 16 بت = 8038.4 هرتز
رد: جودة البث

الإجابة: أ) جودة القرص المضغوط؛ ب) جودة البث الإذاعي.

14. حدد طول الملف الصوتي الذي سيتم احتواؤه على قرص مرن مقاس 3.5 بوصة. يرجى ملاحظة أنه تم تخصيص 2847 قطاعًا بسعة 512 بايت لتخزين البيانات على هذا القرص المرن.
أ) بجودة صوت منخفضة: أحادي، 8 بت، 8 كيلو هرتز؛
ب) بجودة صوت عالية: ستيريو، 16 بت، 48 كيلو هرتز.

(، ص 77، رقم 2.85)

حل:

أ).

8 بت × 8000 = بت = 8000 بايت = 7.8 كيلو بايت/ثانية
3) وقت تشغيل ملف صوتي أحادي بحجم 1423.5 كيلو بايت يساوي:
1423.5 كيلو بايت: 7.8 كيلو بايت/ثانية = 182.5 ثانية ≈ 3 دقائق

ب).
1) حجم المعلومات على القرص المرن يساوي:
2847 قطاعًا × 512 بايت = 1457664 بايت = 1423.5 كيلو بايت
2) حجم المعلومات لملف صوتي مدته ثانية واحدة يساوي:
16 بت xx 2 = 1 بت = بايت = 187.5 كيلو بايت/ثانية
3) وقت تشغيل ملف صوتي استريو بحجم 1423.5 كيلو بايت يساوي:
1423.5 كيلو بايت: 187.5 كيلو بايت/ثانية = 7.6 ثانية

الجواب: أ) 3 دقائق؛ ب) 7.6 ثانية.

3. ترميز الصوت الثنائي.

عند حل المشكلات يستخدم المواد النظرية التالية:

من أجل تشفير الصوت، الإشارة التناظرية الموضحة في الشكل

وينقسم المستوى إلى خطوط عمودية وأفقية. التقسيم العمودي هو أخذ عينات من الإشارة التناظرية (تردد قياس الإشارة)، والتقسيم الأفقي هو توضيححسب المستوى. أي أنه كلما كانت الشبكة أدق، كان تقريب الصوت التناظري باستخدام الأرقام أفضل. يتم استخدام تكميم ثمانية بتات لرقمنة الكلام العادي (المحادثة الهاتفية) والإرسال الإذاعي على الموجات القصيرة. ستة عشر بت – لرقمنة الموسيقى والبث الإذاعي VHF (الموجة القصيرة جدًا).

مستوى 3"

15. تم أخذ عينات من الإشارة الصوتية التناظرية أولاً باستخدام 256 شدة إشارة (جودة صوت البث) ثم باستخدام 65,536 شدة إشارة (جودة صوت القرص المضغوط الصوتي). كم مرة تختلف أحجام المعلومات في الصوت الرقمي؟ (، ص 77، رقم 2.86)

حل:

طول الكود للإشارة التناظرية باستخدام 256 مستوى من شدة الإشارة هو 8 بتات، وباستخدام 65536 مستوى من شدة الإشارة هو 16 بت. وبما أن طول كود الإشارة الواحدة قد تضاعف، فإن أحجام المعلومات الخاصة بالصوت الرقمي تختلف بعامل قدره 2.

الجواب: 2 مرات.

مستوى "4"

16. وفقًا لنظرية نيكويست-كوتيلنيكوف، من أجل إعادة بناء الإشارة التناظرية بدقة من تمثيلها المنفصل (من عيناتها)، يجب أن يكون تردد أخذ العينات على الأقل ضعف الحد الأقصى للتردد الصوتي لتلك الإشارة.

· ما هو معدل أخذ عينات الصوت الذي يمكن أن يدركه الإنسان؟

· أيهما يجب أن يكون أعلى: معدل أخذ العينات من الكلام أم معدل أخذ العينات من الأوركسترا السيمفونية؟

الهدف: تعريف الطلاب بخصائص الأجهزة والبرامج للتعامل مع الصوت. أنواع الأنشطة: استخلاص المعرفة من دورة الفيزياء (أو العمل مع الكتب المرجعية). (، ص.؟؟، المهمة 2)

حل:

ويعتقد أن نطاق الترددات التي يسمعها الإنسان يتراوح من 20 هرتز إلى 20 كيلو هرتز. وبالتالي، وفقًا لنظرية نيكويست-كوتيلنيكوف، من أجل إعادة بناء الإشارة التناظرية بدقة من تمثيلها المنفصل (من عيناتها)، يجب أن يكون معدل أخذ العينات على الأقل ضعف الحد الأقصى للتردد الصوتي لتلك الإشارة. الحد الأقصى لتردد الصوت الذي يمكن أن يسمعه الشخص هو 20 كيلو هرتز، مما يعني أن الجهازيجب أن يوفر Ra والبرمجيات تردد أخذ عينات لا يقل عن 40 كيلو هرتز، أو بشكل أكثر دقة 44.1 كيلو هرتز. تتطلب المعالجة الحاسوبية لصوت الأوركسترا السيمفونية معدل أخذ عينات أعلى من معالجة الكلام، لأن نطاق التردد في حالة الأوركسترا السيمفونية أكبر بكثير.

الإجابة: ما لا يقل عن 40 كيلو هرتز، يكون تردد أخذ العينات للأوركسترا السيمفونية أعلى.

مستوى 5"

17. يوضح الشكل صوت ثانية واحدة من الكلام المسجل بواسطة جهاز تسجيل. قم بتشفيرها بشفرة رقمية ثنائية بتردد 10 هرتز وطول كود 3 بت. (، ص.؟؟، المهمة 1)

حل:

التشفير عند 10 هرتز يعني أنه يتعين علينا قياس درجة الصوت 10 مرات في الثانية. دعونا نختار لحظات زمنية متساوية:

طول الكود 3 بت يعني 23 = 8 مستويات تكميم. أي أنه كرمز رقمي لطبقة الصوت في كل لحظة محددة من الزمن، يمكننا ضبط إحدى المجموعات التالية: 000، 001، 010، 011، 100، 101، 110، 111. لا يوجد سوى 8 منها لذلك يمكن قياس درجة الصوت عند 8 "مستويات":

سنقوم "بتقريب" قيم الملعب إلى أقرب مستوى أدنى:

باستخدام طريقة الترميز هذه نحصل على النتيجة التالية (يتم تضمين المسافات لسهولة الإدراك):

ملحوظة. يُنصح بلفت انتباه الطلاب إلى مدى عدم دقة الكود في نقل التغيير في السعة. أي أن تردد أخذ العينات البالغ 10 هرتز ومستوى تكميم البتات) صغير جدًا. عادةً، بالنسبة للصوت (الصوت)، يتم اختيار تردد أخذ العينات بمقدار 8 كيلو هرتز، أي 8000 مرة في الثانية، ومستوى تكميم يبلغ 28 (رمز 8 بت).

إجابة:

18. اشرح لماذا يعتبر مستوى التكميم، إلى جانب تردد أخذ العينات، الخصائص الرئيسية لتمثيل الصوت في الكمبيوتر. الأهداف:لتعزيز فهم الطلاب لمفاهيم "دقة تمثيل البيانات"، "خطأ القياس"، "خطأ التمثيل"؛ مراجعة الترميز الثنائي وطول الكود مع الطلاب. نوع النشاط: العمل مع تعريفات المفاهيم. (، ص.؟؟، المهمة 3)

حل:

في الهندسة والفيزياء والتكنولوجيا هناك مفهوم “دقة القياس” الذي يرتبط ارتباطًا وثيقًا بمفهوم “خطأ القياس”. ولكن هناك أيضا مفهوم "دقة التمثيل".على سبيل المثال، حول ارتفاع الشخص يمكننا أن نقول أنه: أ) حول. 2 م، ب) أكثر بقليل من 1.7 م، ج) يساوي 1 م 72 سم، د) يساوي 1 م 71 سم 8 مم. أي أنه يمكن استخدام 1 أو 2 أو 3 أو 4 أرقام للإشارة إلى الارتفاع المُقاس.
الشيء نفسه ينطبق على الترميز الثنائي. إذا تم استخدام 2 بت فقط لتسجيل طبقة الصوت في لحظة معينة من الزمن، فحتى لو كانت القياسات دقيقة، يمكن إرسال 4 مستويات فقط: منخفض (00)، أقل من المتوسط ​​(01)، فوق المتوسط ​​( 10)، عالي (11). إذا كنت تستخدم بايت واحد، يمكنك نقل 256 مستوى. كيف مستوى الكمي أعلى، أو الذي هو نفسه كلما زاد عدد البتات المخصصة لتسجيل القيمة المقاسة، كلما تم إرسال هذه القيمة بدقة أكبر.

ملحوظة. تجدر الإشارة إلى أن أداة القياس يجب أن تدعم أيضًا مستوى التكميم المحدد (لا فائدة من تمثيل الطول المقاس بمسطرة بتقسيمات الديسيمتر بدقة ملليمتر).

الإجابة: كلما ارتفع مستوى التكميم، كلما تم نقل الصوت بشكل أكثر دقة.

الأدب:

[ 1] علوم الكمبيوتر. ورشة عمل كتاب المشكلات في مجلدين / إد. , : المجلد 1. – المختبر معرفة أساسية، 1999 - 304 ص: مريض.

ورشة عمل حول علوم الكمبيوتر وتكنولوجيا المعلومات. درس تعليميللمؤسسات التعليمية / . - م: بينوم. مختبر المعرفة، 20 ص: مريض.

المعلوماتية في المدرسة: ملحق لمجلة “المعلوماتية والتعليم”. العدد 4 - 2003. - م: التربية والمعلوماتية، 2003. - 96 ص: م.

إلخ. ثقافة المعلومات: ترميز المعلومات. نماذج المعلومات. الصفوف 9-10: كتاب مدرسي لمؤسسات التعليم العام. - الطبعة الثانية. - م: حبارى، 1996. - 208 ص: مريض.

سينوكوسوف حول علوم الكمبيوتر لأطفال المدارس. - إيكاترينبرج: "يو-فاكتوريا"، 2003. - 346. ص 54-56.

تسمع الأذن البشرية الصوت بترددات تتراوح من 20 ذبذبة في الثانية (صوت منخفض) إلى 20000 ذبذبة في الثانية (صوت مرتفع).

يمكن لأي شخص أن يدرك الصوت في نطاق كبير من الشدة، حيث تكون الشدة القصوى أكبر بـ 10 14 مرة من الحد الأدنى (مائة ألف مليار مرة). يتم استخدام وحدة خاصة لقياس حجم الصوت "ديسيبل"(دبل) (الجدول 5.1). إن الانخفاض أو الزيادة في حجم الصوت بمقدار 10 ديسيبل يتوافق مع انخفاض أو زيادة في شدة الصوت بمقدار 10 مرات.

أخذ عينات زمنية من الصوت.لكي يتمكن الكمبيوتر من معالجة الصوت، يجب تحويل الإشارة الصوتية المستمرة إلى شكل رقمي منفصل باستخدام أخذ العينات الزمنية. يتم تقسيم الموجة الصوتية المستمرة إلى أقسام مؤقتة صغيرة منفصلة، ​​ولكل قسم من هذا القبيل يتم تعيين قيمة معينة لشدة الصوت.

وبالتالي، يتم استبدال الاعتماد المستمر لحجم الصوت على الزمن A(t) بتسلسل منفصل لمستويات جهارة الصوت. على الرسم البياني، يبدو هذا وكأنه استبدال منحنى سلس بسلسلة من "الخطوات" (الشكل 1.2).

أرز. 1.2. أخذ عينات زمنية من الصوت

تردد أخذ العينات.يتم استخدام الميكروفون المتصل ببطاقة الصوت لتسجيل الصوت التناظري وتحويله إلى شكل رقمي. جودة المستلمة صوت رقمييعتمد على عدد قياسات مستوى الصوت لكل وحدة زمنية، أي. معدلات أخذ العينات. كلما زاد عدد القياسات التي يتم إجراؤها في الثانية (كلما زاد تردد أخذ العينات)، كلما كان "سلم" الإشارة الصوتية الرقمية أكثر دقة يتبع منحنى إشارة الحوار.

معدل أخذ العينات الصوتيةهو عدد قياسات حجم الصوت في ثانية واحدة.

يمكن أن تتراوح معدلات أخذ العينات الصوتية من 8000 إلى 48000 قياس حجم الصوت في الثانية.

عمق ترميز الصوتيتم تعيين مستوى صوت محدد لكل "خطوة". يمكن اعتبار مستويات جهارة الصوت كمجموعة من الحالات المحتملة N، والتي يتطلب تشفيرها قدرًا معينًا من المعلومات I، وهو ما يسمى عمق تشفير الصوت.

عمق ترميز الصوتهي كمية المعلومات اللازمة لتشفير مستويات الصوت المنفصلة للصوت الرقمي.

إذا كان عمق التشفير معروفًا، فيمكن حساب عدد مستويات حجم الصوت الرقمي باستخدام الصيغة N = 2 I. وليكن عمق التشفير الصوتي 16 بت، فإن عدد مستويات الصوت يساوي:

ن = 2 أنا = 2 16 = 65,536.

أثناء عملية الترميز، يتم تعيين رمز ثنائي خاص به مكون من 16 بت لكل مستوى صوت، وسيتوافق أدنى مستوى صوت مع الكود 0000000000000000، والأعلى - 1111111111111111.

جودة الصوت الرقمية.كلما زاد تردد الصوت وعمق أخذ العينات، زادت جودة الصوت الرقمي. أدنى جودة صوت رقمي يتوافق مع الجودة الاتصالات الهاتفية، تم الحصول عليها بمعدل أخذ عينات يبلغ 8000 مرة في الثانية، وعمق أخذ عينات يبلغ 8 بتات وتسجيل مسار صوتي واحد (الوضع الأحادي). يتم تحقيق أعلى جودة صوت رقمي، تتوافق مع جودة القرص المضغوط الصوتي، بمعدل أخذ عينات يبلغ 48000 مرة في الثانية، وعمق أخذ عينات يبلغ 16 بت وتسجيل مسارين صوتيين (وضع الاستريو).

ويجب أن نتذكر أنه كلما ارتفعت جودة الصوت الرقمي، زاد حجم المعلومات في الملف الصوتي. يمكنك تقدير حجم المعلومات لملف صوت استريو رقمي بمدة صوت تبلغ ثانية واحدة وبجودة صوت متوسطة (16 بت، 24000 قياس في الثانية). للقيام بذلك، يجب ضرب عمق التشفير بعدد القياسات في ثانية واحدة وضربه في 2 (صوت ستريو):

16 بت × 24000 × 2 = 768000 بت = 96000 بايت = 93.75 كيلو بايت.

محرري الصوت.لا تسمح لك برامج تحرير الصوت بتسجيل الصوت وتشغيله فحسب، بل تسمح لك أيضًا بتحريره. يتم تقديم الصوت الرقمي في برامج تحرير الصوت في شكل مرئي، بحيث يمكن إجراء عمليات النسخ ونقل وحذف أجزاء من المسار الصوتي بسهولة باستخدام الماوس. بالإضافة إلى ذلك، يمكنك تراكب المسارات الصوتية فوق بعضها البعض (مزج الأصوات) وتطبيق تأثيرات صوتية متنوعة (صدى، تشغيل في الاتجاه المعاكس، وما إلى ذلك).

تتيح لك برامج تحرير الصوت تغيير جودة الصوت الرقمي وحجم الملف الصوتي عن طريق تغيير معدل أخذ العينات وعمق التشفير. يمكن حفظ الصوت الرقمي بدون ضغط في ملفات صوتية بتنسيق عالمي وافأو بصيغة مضغوطة MP3.

عند حفظ الصوت بتنسيقات مضغوطة، يتم التخلص من الترددات الصوتية منخفضة الشدة التي تعتبر "مفرطة" عن الإدراك البشري وتتزامن مع الترددات الصوتية عالية الشدة. يتيح لك استخدام هذا التنسيق ضغط ملفات الصوت عشرات المرات، ولكنه يؤدي إلى فقدان المعلومات بشكل لا رجعة فيه (لا يمكن استعادة الملفات إلى شكلها الأصلي).

أسئلة التحكم

1. كيف يؤثر معدل العينة وعمق التشفير على جودة الصوت الرقمي؟

مهام لإكمالها بشكل مستقل

1.22. مهمة الاستجابة الانتقائية. تنتج بطاقة الصوت ترميزًا ثنائيًا لإشارة الصوت التناظرية. ما مقدار المعلومات اللازمة لتشفير كل مستوى من مستويات شدة الإشارة المحتملة البالغ عددها 65536؟
1) 16 بت؛ 2) 256 بت؛ 3) 1 بت؛ 4) 8 بت.

1.23. مهمة مع إجابة مفصلة. قم بتقدير حجم المعلومات للملفات الصوتية الرقمية التي تدوم 10 ثوانٍ عند عمق التشفير وتردد أخذ عينات الإشارات الصوتية التي توفر الحد الأدنى والحد الأقصى لجودة الصوت:
أ) أحادية، 8 بت، 8000 قياس في الثانية؛
ب) ستيريو، 16 بت، 48000 قياسات في الثانية.

1.24. مهمة مع إجابة مفصلة. حدد مدة ملف الصوت الذي سيتم احتواؤه على قرص مرن مقاس 3.5 بوصة (لاحظ أنه تم تخصيص 2847 قطاعًا يبلغ حجم كل منها 512 بايت لتخزين البيانات على هذا القرص المرن):
أ) بجودة صوت منخفضة: أحادية، 8 بت، 8000 قياس في الثانية؛
ب) بجودة صوت عالية: استريو، 16 بت، 48000 قياس في الثانية.