Практическое занятие №1

Тема: Изучение звуковых файлов на примере звукового редактора Audacity

1 Цель Получение практических навыков по обработки и редактирования звука

2. Ключевые положения

2.1 Общие сведения

Звуковые файлы - файлы, содержащие цифровую запись аудиоданных (голоса, музыкальных произведений или их фрагментов и других звуков любой природы). Существуют два основных типа звуковых файлов: с оцифрованным звуком и нотной записью. Звуковые файлы представляют собой неотъемлемую составную часть мультимедиа.

2.1.1 Файлы с оцифрованным звуком [digitized sound files] — звуковые файлы, в которых исходная непрерывная ("аналоговая") форма сигнала записана в виде последовательности коротких дискретных значений амплитуд звукового сигнала, измеренных ("выбранный) через одинаковые промежутки времени и имеющих между собой весьма малый интервал. Процесс замены непрерывного сигнала последовательностью его значений называют дискретизацией [sampling], а такую форму записи — импульсно-кодовой [pulse code]. Аппаратная реализация обработки оцифрованного звука состоит в том, что АЦП преобразует аналоговый сигнал в множество цифровых замеров, а при воспроизведении ЦАП осуществляет обратный процесс — преобразование цифрового сигнала в аналоговый. Файлы с оцифрованным звуком бывают двух видов: с заголовком и без заголовка.

Разновидности аудио форматов

Формат хранения звукового контента в цифровом типе во многом зависит от метода квантования аналогово-цифровым конвертором. В современной звуковой технике самыми распространенными являются следующие два вида квантования:

• импульсно-кодовая модуляция

• сигма-дельта-модуляция

Основные понятия:

- Выборка, отсчет (квантование звукового сигнала) [sample] — дискретное ("мгновенное") значение, соответствующее минимальному фрагменту исходного звукового сигнала, который подается на вход аналого-цифрового преобразователя (АЦП) при записи звука или получается с использованием цифро-аналогового преобразователя (ЦАП) при его воспроизведении. Выборка характеризует амплитуду звукового сигнала и обычно представляет собой целое число (8 или 16 бит). Может производиться по одному каналу (моно), двум (стерео) или большему числу каналов. Процесс разделения сигнала на выборки называется квантованием [quantizing].

- Разрядность дискретизации [Sample size] —величина, определяющая количество бит на один канал. Разрядность дискретизации определяет точность замера и качество записи звука. В частности, она влияет на величину отношения сигнала к шуму (signal-to-noise-ratio). Чем выше разрядность дискретизации, тем выше качество записи и воспроизведения звука. Однако при увеличении ее значения существенно растет и объем записи.

- Частота дискретизации [sampling rate] —величина, которая определяет, сколько раз в секунду производится считывание выборок из аналогового сигнала. При цифровой записи звуков частота дискретизации измеряется в герцах и килогерцах. Чем выше частота дискретизации, тем выше качество звука. Однако соответственно увеличивается и объем записи. Для определения оптимальной частоты и разрядности необходимо найти компромисс между звуковым качеством и размером данных. О принципе подхода к выбору частоты дискретизации.

Зачастую разрядность и частоту дискретизации устанавливают для разных звуковых девайсов сохранения и проигрывания как формата хранения цифрового аудио (стандарты 24б/192кГц; 16б/48кГц) Формат аудио-файла вычисляет структуру и специфику образования цифрового аудио контента при хранении на ЗУ ПК. Для сжатия аудио данных используются различные аудеокодеки, при помощи которых производится сжатие данных в аудио потоках, что значительно может экономить размер файла, не теряя качества звучания. Различают 3 категории аудио форматов:

• звуковые форматы без сжатия (WAV, AIFF, WAVE)

• звуковые форматы со сжатием без потерь (APE, FLAC)

• звуковые форматы, с применением сжатия с потерями (mp3, ogg, acc, WNA)

Файлы с заголовком [files with heading] — один из двух видов файлов с оцифрованным звуком. В заголовке указываются параметры, которые характеризуют оцифрованный звук, включая: частоту дискретизации; количество битов на отсчет (8 или 16); количество каналов —моно (1) или стерео (2); ASCII-символы, описывающие тип файла; длину записанных данных в байтах; номер версии формата; метод компрессии; величину смещения блока данных относительно начала файла и др.

Некоторые звуковые редакторы (GoldWave, Cool Ed it) позволяют импортировать файлы с оцифрованным звуком без заголовка. При этом запрашиваются: частота дискретизации, количество битов на отсчет, количество каналов. Затем информацию можно экспортировать (сохранить) в файле с заголовком (.wav, .voc). Заголовок.voc можно дополнить и утилитой VOCHDR, а полученный файл конвертировать B.wav утилитой VOC2WAV (VOCHDR и VOC2WAV входят в поставку Sound Blaster 16).

2.1.2 Файлы с нотной записью [song file, music file] — звуковые файлы, которые содержат последовательность команд, сообщающих какую ноту и каким инструментом и как долго нужно воспроизводить в тот или иной момент времени. Формат может предусматривать одновременную игру нескольких музыкальных инструментов, в этом случае говорят о соответствующем количестве голосов. Например, плата Sound Blaster 16 поддерживает 20-голосный синтез. Размер такого файла может быть в десятки и сотни раз меньше файлов с оцифрованным звуком. Однако такие файлы не могут воспроизводить речь, природные и любые другие звуки, а только музыку без слов. Это связано с тем, что в микросхеме звуковой платы записаны заранее синтезированные звуки основных музыкальных инструментов и, соответственно, воспроизводить музыку можно только теми инструментами, которые имеются в наличии, т. е. какие инструменты есть в оркестре, те и будут воспроизводить музыку.

При воспроизведении файлов с нотной записью могут использоваться следующие виды синтеза звука:

- FM-синтез [FM-synthesis] — синтез с использованием частотной модуляции, при которой формируется частота звучания соответствующей ноты. Данный метод позволяет успешно имитировать реальные музыкальные инструменты (пианино, гитару и т. п.);

• wavetabIе-синтез [wavetable-synthesis] — "Табличный синтез": использует оцифровку нот реальных инструментов. Получение требуемой ноты производится путем оцифровки одной ноты реального инструмента. Исходные оцифровки содержатся в файле с нотной записью или в отдельном файле (такие файлы одновременно являются файлами с нотной записью и содержат оцифрованный звук).

Последний способ сначала применялся для проигрывания.mod файлов на компьютере Amiga, затем благодаря своей гибкости и большому количеству файлов этого формата получил широкое распространение на различных типах компьютеров: IBM-совместимых, Macintosh, SPARCstation. Оцифровки инструментов (samples) в.mod файле —8-битные, со знаком, без заголовка; частота дискретизации 10 кГц, получены путем применения линейной ИКМ. Причем оцифрована одна нота каждого инструмента ("до" первой октавы). В файле может быть до 31 оцифровки, каждая длиной до 128 Кбайт (обычно меньше). Звуковые платы при проигрывании файлов формата MIDI используют FM- или wavetable-синтез (wavetable-синтвз поддерживают немногие звуковые платы, например SoundBlaster AWE32).