6

Лекція № 11. «Технологія опрацювання звукової інформації» (2 год.)

Мета:

Навчальна:

• формування нових знань, умінь і навичок по темі “Технологія опрацювання звукової інформації”, формування загальнонавчальних і спеціальних умінь і навичок, контроль за засвоєнням навчального матеріалу.

Розвиваюча:

• розвивати вміння виділяти головне; розвивати мислення студентів за допомогою аналізу, порівняння й узагальнення досліджуваного матеріалу; самостійність; розвиток мови, емоцій, логічного мислення студентів.

Виховна:

• формувати інтерес до предмета, навички контролю й самоконтролю; почуття відповідальності, ділові якості студентів. Активізація пізнавальної й творчої активності студентів.

План:

1. Кодування звукової інформації.

2. Цифро-аналогове й аналого-цифрове перетворення звукової інформації.

   1. Параметри семплування.

   2. Основні принципи роботи АЦП.

   3. Основні принципи роботи ЦАП:

3. Формати кодування звукової інформації.

1. Кодування звукової інформації

Світ наповнений найрізноманітнішими звуками: цокання годинника і гул моторів, завивання вітру й шелест листя, спів птахів і голосу людей. Про те, як народжуються звуки, і що вони собою представляють, люди почали здогадуватися дуже давно. Ще давньогрецький філософ і вчений – енциклопедист Арістотель, виходячи зі спостережень, пояснював природу звуку, думаючи, що звучне тіло створює змінний стиск і розрідження повітря. Так, струна, то коливається, то розряджає, то ущільнює повітря, а через пружність повітря ці впливи, що чергуються, передаються далі в простір - від шару до шару, виникають пружні хвилі. Досягаючи нашого вуха, вони впливають на барабанні перетинки й викликають відчуття звуку.

На слух людина сприймає пружні хвилі, що мають частоту десь у межах від 16 Гц до 20 кгц (1 Гц – 1 коливання в секунду). Відповідно до цього пружні хвилі в будь-якому середовищі, частоти яких лежать у зазначених межах, називають звуковими хвилями або просто звуком. У навчанні про звук важливі такі поняття як тон і тембр звуку. Будь-який реальний звук, будь то гра музичних інструментів або голос людини, – це своєрідна суміш багатьох гармонійних коливань із певним набором частот.

Коливання, що має найбільш низьку частоту, називають основним тоном, інших - обертонами.

Тембр – різна кількість обертонів, властиво тому або іншому звуку, що надає йому особливе забарвлення. Саме по тембру ми легко можемо відрізнити звуки рояля та скрипки, гітари та флейти, довідатися голос знайомої людини.

Музичний звук можна характеризувати трьома якостями:

• тембром, тобто фарбуванням звуку, що залежить від форми коливань;

• висотою, що визначається числом коливань у секунду (частотою);

• гучністю, що залежить від інтенсивності (амплітуди) коливань.

Гучність звуку залежить від тиску, що виникає при проходженні звукової хвилі в рідкому й газоподібному середовищі, що безпосередньо сприймається вухом. Голосні звуки створюють великий тиск, тихі – невеликий. Тиск вимірюється в Паскалях, однак в акустику звуковий тиск звичайно вимірюється в децибелах (дБ) щодо порога чутності. По визначенню, величина порога прийнята рівною pt=0,00002Па=20мкПа. Поріг чутності приймається за 0 дБ, а гучність обчислюється як l=20*log₁₀(p/pt), де l [дБ] – гучність (у змісті звукового тиску), p [Па]- звуковий тиск, pt [Па] – поріг чутності. При цьому: всі чутні звуки мають позитивну величину гучності; нечутні (нижче порога гучності) – негативну; зміна гучності на 6 дБ відповідає дворазовій зміні тиску; зміна на 20 дБ – зміні тиску в 10 разів.

Таблиця. Типові значення гучності:

Звук	Гучність
Поріг чутності	0 дБ
Шелест листя, цокання наручного годинника, подих	10-20 дБ
Тихий шепіт, цокання настінного годинника	20-30 дБ
Шум у приміщенні	30-40 дБ
Тиха розмова	40-50 дБ
Розмова середньої гучності	50-60 дБ
Голосна розмова	60-70 дБ
Гучна вулиця	70-80 дБ
Двигун вантажного автомобіля	~80 дБ
Відбійний молоток	~90 дБ
Голосна дискотека	100-120 дБ
Літак на зльоті	120 дБ
Болючий поріг	130 дБ

Як же відбувається кодування звуку? Із самого дитинства ми зіштовхуємося із записами музики на різних носіях: грамплатівках, касетах, компакт-дисках і т.д. У цей час існує два основних способи запису звуку: аналоговий і цифровий. Для того щоб записати звук на який-небудь носій його потрібно перетворити в електричний сигнал.

Це робиться за допомогою мікрофона. Найпростіші мікрофони мають мембрану, що коливається під впливом звукових хвиль. До мембрани приєднана котушка, що переміщається синхронно з мембраною в магнітному полі. У котушці виникає змінний електричний струм. Зміни напруги струму точно відбивають звукові хвилі.

Змінний електричний струм, що з'являється на виході мікрофона, називається аналоговим сигналом. Нагадаємо, що стосовно до сигналу «аналоговий» означає, що цей сигнал безперервний за часом та амплітудою. При дискретному представленні інформації фізична величина змінюється стрибкоподібно («драбинкою»), приймаючи кінцеву безліч значень.

Вінілова платівка являє приклад аналогового зберігання звукової інформації, оскільки звукова доріжка свою форму змінює безупинно. Але в аналогових записах є великий недолік – старіння носія. Вінілові платівки при програванні їх кілька разів гублять якість. Тому перевагу віддають цифровому запису.

На початку 80-х років з'явилися компакт-диски. Вони являють приклад дискретного зберігання звукової інформації, оскільки звукова доріжка компакт-диска містить ділянки з різною здатністю, що відбиває. Теоретично ці цифрові диски можуть служити вічно, якщо їх не дряпати, тобто їхніми перевагами є довговічність і несхильність механічному старінню. Інша перевага полягає в тім, що при цифровому перезаписі немає втрати якості звуку.