3. Обработка звука на эвм. Аналоговый и цифровой сигналы. Характеристики оцифровки аналогового сигнала. Программное обеспечение работы со звуком.

4. Работа с объектами Flash. Трансформация объектов.

В основе кодирования звука с использованием ПК лежит процесс преобразования колебаний воздуха в колебания электрического тока и последующая дискретизация аналогового электрического сигнала. Кодирование и воспроизведение звуковой информации осуществляется с помощью специальных программ (редактор звукозаписи). Качество воспроизведения закодированного звука зависит от частоты дискретизации и её разрешения (глубины кодирования звука - количество уровней)[1].

Цифровой звук – это аналоговый звуковой сигнал, представленный посредством дискретных численных значений его амплитуды[2].

Оцифровка звука — технология поделенным временным шагом и последующей записи полученных значений в численном виде[2].

Другое название оцифровки звука — аналогово-цифровое преобразование звука.

Оцифровка звука включает в себя два процесса:

• процесс дискретизации (осуществление выборки) сигнала по времени

• процесс квантования по амплитуде.

[править]Дискретизация по времени

Процесс дискретизации по времени - процесс получения значений сигнала, который преобразуется, с определенным временным шагом - шагом дискретизации . Количество замеров величины сигнала, осуществляемых в одну секунду, называют частотой дискретизации или частотой выборки, или частотой сэмплирования (от англ. « sampling» – «выборка»). Чем меньше шаг дискретизации, тем выше частота дискретизации и тем более точное представление о сигнале нами будет получено.

Это подтверждается теоремой Котельникова (в зарубежной литературе встречается как теорема Шеннона, Shannon). Согласно ей, аналоговый сигнал с ограниченным спектром точно описуем дискретной последовательностью значений его амплитуды, если эти значения берутся с частотой, как минимум вдвое превышающей наивысшую частоту спектра сигнала. То есть, аналоговый сигнал, в котором наивысшая частота спектра равна Fm, может быть точно представлен последовательностью дискретных значений амплитуды, если для частоты дискретизации Fd выполняется: Fd>2Fm.

На практике это означает, что для того, чтобы оцифрованный сигнал содержал информацию о всем диапазоне слышимых частот исходного аналогового сигнала (0 – 20 кГц) необходимо, чтобы выбранное значение частоты дискретизации составляло не менее 40 кГц. Количество замеров амплитуды в секунду называют частотой дискретизации (в случае, если шаг дискретизации постоянен).

Основная трудность оцифровки заключается в невозможности записать измеренные значения сигнала с идеальной точностью.

[править]Линейное (однородное) квантование амплитуды

Отведём для записи одного значения амплитуды сигнала в памяти компьютера N бит. Значит, с помощью одного N -битного слова можно описать 2N разных положений. Пусть амплитуда оцифровываемого сигнала колеблется в пределах от -1 до 1 некоторых условных единиц. Представим этот диапазон изменения амплитуды - динамический диапазон сигнала - в виде 2N -1 равных промежутков, разделив его на 2N уровней - квантов. Теперь, для записи каждого отдельного значения амплитуды, его необходимо округлить до ближайшего уровня квантования. Этот процесс носит название квантования по амплитуде. Квантование по амплитуде – процесс замены реальных значений амплитуды сигнала значениями, приближенными с некоторой точностью. Каждый из 2N возможных уровней называется уровнем квантования, а расстояние между двумя ближайшими уровнями квантования называется шагом квантования. Если амплитудная шкала разбита на уровни линейно, квантование называют линейным (однородным).

Точность округления зависит от выбранного количества (2N) уровней квантования, которое, в свою очередь, зависит от количества бит (N), отведенных для записи значения амплитуды. Число N называют разрядностью квантования (подразумевая количество разрядов, то есть бит, в каждом слове), а полученные в результате округления значений амплитуды числа – отсчетами или сэмплами (от англ. “ sample” – “замер”). Принимается, что погрешности квантования, являющиеся результатом квантования с разрядностью 16 бит, остаются для слушателя почти незаметными. Этот способ оцифровки сигнала - дискретизация сигнала во времени в совокупности с методом однородного квантования - называется импульсно-кодовой модуляцией, ИКМ (англ. Pulse Code Modulation – PCM).

Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды уже можно сохранить в памяти компьютера. В случае, когда записываются абсолютные значения амплитуды, такой формат записи называется PCM ( Pulse Code Modulation). Стандартный аудио компакт-диск (CD-DA), применяющийся с начала 80-х годов 20-го столетия, хранит информацию в формате PCM с частотой дискретизации 44.1 кГц и разрядностью квантования 16 бит.

Программное обеспечение для работы со звуком. Часть 1

Если вы когда либо оказывались в крупных студиях звукозаписи, то скорее всего обратили внимание на гору оборудования, микшеров, пультов, рэков.... И сравнительно короткое время назад никто и подумать не мог что все это может быть заменено парой-тройкой компакт-дисков с программами....

Тем не менее, в настоящее время ситуация именно такая. С нынешнеми темпами развития научного прогреса уже достижима возможность заменить большее количество аналогового оборудования всего одним центральным процессором компьютера.

Данная статья является кратким обзором самых необходимых программ для работы со звуком. Все они деляться на несколько подкатегорий: звуковые редакторы, секвенсоры, мультитрекеры, инструменты, эффекты.

Скорее всего вам приходилось сталкиваться с этими программами, хотя бы на примере простейшей Windows Recorder. Возможности профессиональных программ конечно же гораздо шире, они предоставляют широкие возможности для редактирования звука: записывать, накладывать эффекты, преобразовывать, осуществлять монтаж… Если возникла необходимость обработки записи с внешнего источника - это именно то, что вам нужно. Профессиональный звуковой редактор позволяет удобно редактировать исходный звук - вырезать, удалять, перемещать куски записей. Скорее всего в него будут встроены собственные эффекты и преобразователи, обязательно есть конвертер форматов.

Sound Forge - пожалуй самый известный аудиоредактор для PC. Эргономика, удобство, интуитивность - вот основные залоги успеха этой программы. Интересный факт - по сути ни один из существующих редакторов не превзошел Sound Forge в дружелюбии к пользователю. Неоспоримым приемуществом так же является возможность полноценной работы с видео.

Управление в редакторе разделено на три элемента - главное меню, быстрые кнопки, меню редактирования звуковой волны. Также есть индикатор уровня, котрый встроен в интерфейс и может быть расположен как слева, так справа, либо в отдельном окне.

Для обработки используются следующие плагины: Auto Trim/Crop (удаление тишины), Bit-Depth Converter (конвертация на другую разрядность), Channel Converter (различные варианты взаимодействия между каналами, переход от моно к стерео и наоборот), DC Offset, Graphic EQ (графический эквалайзер), Paragraphic EQ (параграфический эквалайзер), Parametric EQ (параметрический эквалайзер), Graphic Fade/Fade In/Fade Out (плавные затухания), Invert/Flip (противофаза), Normalize (нормализация), Pan/Expand (изменения стереопротранства), Resample (переход на другие частоты дискретизации), Smooth/Enhance (энхансер), Pitch Shift (изменение тональности), Time Stretch (убыстрение/замедление) и другие. С помощью этих инструментов можно провести практически любые корректировки звука.

Встроенные эффекты Sound Forge не всегда отличаются лучшими характеристиками, но в целом могут обеспечить приемлимый уровень работы. Эффекты следующие: Acoustic Mirror (моделирование акустического пространства), Amplitude Modulation (амплитудная модуляция), Chorus (эффект «хора»), Multi-Tap Delay/Simple Delay (различные эхо), Distortion (искажения), Graphic Dynamics/Multi-Band Dynamics (динамическая обработка), Flange/Wah-Wah (флэнджер/квакушка), Noise/Gate (шумовой фильтр), Reverb (реверберация/эхо), Wave Hammer (компрессор/максимайзер) и другие. Видно, что инструментов вполне достаточно.

рограммное обеспечение для работы со звуком. Часть 2

Cool Edit - еще одна достаточно известная программа, которая в свое время была выкуплена Adobe и вышла под названием Adobe Audition. Приемущество программы в высоком качестве эффектов и обработки, но в плане юзабельности все же несколько проигрывает Sound Forge. Зато есть несколько уникальных эффектов

Например Эффект 3D Echo Chamber ктороый может имитировать звучание реального эха, которое идет от источника звука до микрофона в помещении любого размера со стенами из любого материала. Настройки 3D Echo Chamber позволяют задать любые размеры комнаты в футах, положение источника звука относительно стен и пола воображаемого помещения, местонахождение микрофона, громкость звучания источника сигнала, а также количество отражений звука от поверхностей. Можно также изменить материал каждой из стен помещения, а также материал пола и потолка. В итоге можно получить очень точную модель распространения звука в помещении, оказывающую несгладимый эффект при прослушивании обработанного материала через наушники.

Многие считают, что у Cool Edit самый профессиональный и живой звук. Все же наверное это дело вкуса. Но тем не менее очень радует функция Point Edit. Этот инструмент очень кстати придеться там, где нужно с ювелирной точностью обработать над звук: например, убрать случайные щелчки, разрывы, и т.п.

Этот редактор можно порекомендовать скорее для работы с готовым звуком, чем для монтажа.

Celemony Melodyne был настоящей инновацией в мире софт-редакторов. Он является специализированным редактором для работы с голосом, анализируя голосовую аудио-дорожку, и преобразует аудио в ноты, путем распознания тональности в течении записи. После этого, с ней можно делать что угодно, меняя высоту, добавляя вибрацию и прочее.

Программа впрочем досаточно аскетична, что, тем не менее по мнению многих является неоспоримым плюсом. .

Мультитрекеры.

Это обычные многодорожечные редакторы, которые использует большинство современных студий, где каждая дорожка записывается отдельно. Раньше для этого использовались различные аналоговые устройства, теперь же все можно заменить одним-единственным PC с мультитрекерной программой.

Обычно их используют для записи и сведения музыкальных групп, поканальной работы с видео.

Разные производители различаются в основном програмными алгоритмами микширования, от которых напрямую зависит качество дорожек после сведения

Наверное самый известный мультитрекер - MAGIX Samplitude, который особенно актуален при записи живых рок-коллективов или симфонической музыки. Также этот редактор отлично подходит для работы с видео, так как монтажные функции сдесь на высоте. Пожалуй это наиболее продуманный в отношении удобства работы мультитрекер.

2. Практически все операции по трансформированию объекта могут быть выполнены с помощью инструмента Free Transform и панели Transform.

При включении инструмента Free Transform становятся доступны четыре кнопки-модификатора (рис. 2.25):

Rotate and Skew (Поворот и наклон); Q Scale (Масштабирование);

Distort (Искажение); Q Envelope (Изгиб).

Каждая из них работает как переключатель, то есть одновременно нельзя включить два или более режимов. Тем не менее, когда ни одна из кнопок не нажата, обеспечивается наиболее универсальный режим работы инструмента Free Transform, при котором доступны почти все основные его функции.

Трансформирование объекта выполняется с помощью маркеров, расположенных на выделяющей рамке. Каждый маркер связан с определенной функцией. Например, угловые позволяют поворачивать объект. Чтобы пользователям было удобнее различать предназначение маркеров, с каждым из них связан свой вариант указателя мыши. На рис. 2.26 показаны все возможные варианты указателей.

Разумеется, в каждый момент времени вы можете видеть только один вариант указателя, и «фотомонтаж», приведенный на рис. 2.26, призван лишь показать схему распределения различных функций между маркерами

При включенном модификаторе Rotate and Skew возможности инструмента Free Transform ограничиваются лишь функциями поворота и наклона. В этом режиме виды указателей, соответствующие другим функциям, не отображаются.

При включенном модификаторе Scale возможности инструмента Free Transform ограничиваются функциями изменения размера. Соответственно, другие виды указателей не отображаются.

Модификаторы Distort и Envelope (они появились лишь в последней версии — Flash MX) существенно отличаются от двух других:

во-первых, при включении любого из этих режимов не отображается так называемая точка трансформации объекта (об этом понятии — в следующем подразделе);

во-вторых, в каждом из них используется только один вид указателя, не применяемый ни в одном из других режимов работы инструмента Free Transform (в форме широкой белой стрелки).

Подробнее особенности применения модификаторов Distort и Envelope рассмотрены в подразделе «Искажение объекта и создание перспективы».

Панель Transform имеет в целом то же предназначение, что и инструмент Free Transform, однако перечень реализуемых с ее помощью функций несколько отличается.

Билет№ 11