1.5.6. Кодирование звука

Персональный компьютер, который содержит звуковую плату, динамики, микрофон может выполнять запись и воспроизведение аудио информации. Непрерывный аудио сигнал, преобразованный в последовательность электрических сигналов, может быть представлен двоичным кодом посредством соответствующих программ. Файл, который хранит аудио информацию в двоичном коде, называют аудио файлом.

Звуковой сигнал можно представить в виде множества звуковых волн, которые человеческое ухо способно различать примерно в диапазоне от 20 Гц до 20 КГц. При преобразовании звука в электрический сигнал, например с помощью микрофона, можно наблюдать непрерывно изменяющееся во времени напряжение и для компьютерной обработки такой  аналоговый  сигнал нужно преобразовать в цифровой код. Для этого следует измерять напряжение через равные промежутки времени и записывать полученные значения в память компьютера. Этот процесс называется аналого-цифровым преобразованием или оцифровкой, а устройство, которое выполняет такое преобразование называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). Для воспроизведения закодированного подобным образом звука, необходимо выполнить обратное преобразование с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), а затем необходимо сгладить сформированный ступенчатый сигнал. Таким образом, процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера имеет следующий вид:

звуковая волна > микрофон > аналоговый электрический сигнал >

аудиоадаптер > двоичный код > память компьютера.

Воспроизведение звуковой информации, которая хранится в памяти компьютера, имеет следующую последовательность:

память компьютера > двоичный код > аудиоадаптер > аналоговый электрический сигнал > динамик > звуковая волна.

Аудиоадаптер (звуковая плата) – это специальное устройство, подключаемое к компьютеру и выполняющее преобразование электрических сигналов звуковой частоты в цифровой двоичный код при вводе аудиоинформации и для обратного преобразования из цифрового кода в электрические сигналы при воспроизведении звука.

Рассмотренный метод кодирования аудио информации является достаточно универсальным. При преобразовании звука в цифровую форму производится дискретизация по времени и по уровню, при которой в определенные моменты времени амплитуда звуковой волны измеряется и квантуется, то есть ей присваивается определенное значение из некоторого фиксированного набора. Данный метод называется импульсно-кодовой модуляцией PCM (Pulse Code Modulation). Например, 16-битные звуковые карты обеспечивают возможность кодирования 65536 различных уровней громкости или 16-битную глубину кодирования звука. Качество кодирования звука зависит и от частоты дискретизации - количества измерений уровня сигнала в единицу времени.

Сэмплы и сэмплирование . Под сэмплированием понимается запись в таблицу образцов звучания (сэмплов) реального музыкального инструмента. Сэмплирование является основой волнового синтеза WT(Wave Table – таблично-волновое) аудио информации. Как известно, если при использовании метода частотном синтезе (FM-синтезе) различные виды звуков формируют путем обработки простейших звуковых колебаний, то в основе WT-синтеза лежит использование предварительно записанных в табличную память компьютера различных звуков музыкальных инструментов или, а также разнообразные любые другие звуки, которые встречаются в природе. Над сэмплами можно выполнять различные виды обработки.

Стандартный формат для хранения аудиоданных с последующей возможностью их редактирования - это WAV. Существует еще множество других аудиоформатов, но они менее функциональны.