6-2-воротников
.pdf
Квантование звука
При квантовании звука амплитуда каждого отсчета округляется до ближайшего значения разрядной сетки. Обычно применяют линейное квантование.
Спектр исходного сигнала (рис. 73, а) при квантовании искажается (рис. 73, б). Частичное улучшение спектра достигают использованием процедур dithering(в) и noise-shaping (г).
а |
б |
в |
г |
Рис. 73. Искажения звука (а) при квантовании: б – усечение, в – dithering, г – noise-shaping
С этой целью на звуковые платы устанавливают высокоразрядные АЦП и процессоры обработки звука (рис. 74).
Рис. 74. |
Звуковая плата |
|
|
Локационные системы роботов |
Способы записи и анализа звука |
Изменение частоты дискретизации и квантования сигнала
Локационные системы роботов |
Способы записи и анализа звука |
Спектральный анализ
Спектральный анализ звука представляет собой исследование его сонограммы, т.е. развертки спектра во времени (рис. 75-76).
а
б
Рис. 75. Примеры сонограмм: а – импульсный сигнал (пение птицы), б – сложный сигнал (оркестр)
На сонограмме представлено:
•частотное распределение: низкие частоты – снизу, высокие – сверху;
•амплитуды: кодирование яркостью или цветом;
•частотное и временное разрешение с помощью оконного преобразования Фурье (Short Time Fourier Transform, STFT).
а б
Рис. 76. Звук гитарной струны: а – «амплитуда-время», б – сонограмма
Локационные системы роботов Способы записи и анализа звука
Venetian Snares, композиция «Look», стиль breakcore, 2001 г.
Локационные системы роботов |
Способы записи и анализа звука |
Основные идеи психоакустики
Технология кодирования звука основана на следующих особенностях слуха человека:
•максимум чувствительности человеческого слуха находится в диапазоне от 2,5 до 5 кГц;
•существует возможность маскировки спектральных звуковых элементов;
•несущественность неслышимых звуков.
Основы маскировки:
1.При частотной маскировке используют снижение чувствительности слуха к амплитуде близких по частоте волн в окрестности волны большой амплитуды (рис. 77, а).
2.При временной маскировке используют снижение чувствительности слуха к амплитуде
близких по времени волн после волны большой амплитуды («оглушение», рис. 77, б).
!
а |
б |
Рис. 77. Принципы маскировки: а – частотной, б – временной
Алгоритмы кодирования звука развиваются по трем основным направлениям:
•в первом – определяют и учитывают частотно-временные пороги слышимости шумов
квантования в зависимости от исходного аудиосигнала;
•во втором – учитывают абсолютные пороги слишимости;
•в третьем – используют маскировку.
Программы, использующие психоакустические модели, позволяют добиться уменьшения объемов звуковых файлов более, чем в 10 раз, без заметной потери качества.
Локационные системы роботов |
Способы записи и анализа звука |
Звуки природы
Современным направлением артхауса является совмещение видео- и аудио модальностей. Так, Немецкий художник Бартоломео Траубек записал музыкальный альбом Years, в котором с помощью
цифровой фотокамеры Playstation Eye Camera (рис. 78, а) подключенной к проигрывателю
виниловых пластинок (рис. 78, б), изображения глубины, толщины и цвета годовых колец деревьев преобразовывались в звук.
а
б
Рис. 78. Фотокамера (а), проигрыватель (б)
Полученные данные конвертировались в ноты, а программа Ableton Live с помощью эмуляторов
разных инструментов превращает их в музыку.
Локационные системы роботов |
Способы записи и анализа звука |
Фрагмент альбома
Локационные системы роботов |
Способы записи и анализа звука |
Импульсно-кодовая модуляция
Линейная ИКМ (англ. – Pulse Code Modulation, PCM) является алгоритмом квантования и
дискретизации, преобразующим аналоговые сигналы в дискретные цифровые без сжатия частотного спектра (рис. 79, а). Алгоритм линейной ИКМ позволяет записывать сигналы с полосой
пропускания до 6,144 Мбит/с.
В схемах дифференциальной ИКМ (англ.
DPCM) кодируются разности между текущими и предшествующими значениями сигналов, а не сами дискретизированные значения. В этом алгоритме происходит сжатие частотного спектра (рис. 79, б).
АИМ-сигнал (PAM) |
При адаптивной ИКМ изменяется уровень |
|
|
|
шага квантования, что ещё больше снижает |
|
требования к полосе пропускания при заданном |
|
соотношении сигнала и шума (рис. 79, в). |
б
|
|
в |
|
а |
|
Рис. 79. |
Иллюстрация метода линейной ИКМ (а), |
дифференциальная (б) и адаптивная (в) ИКМ |
|
|
|
|
Локационные системы роботов |
Способы записи и анализа звука |
Сравнительная характеристика разных способов записи звука
В цифровой системе звукозаписи применяют линейную ИКМ сигнала и ее разновидности - дифференциальную (дельта) и адаптивную ИКМ.
Локационные системы роботов |
Способы записи и анализа звука |
Импульсно-кодовая модуляция
Локационные системы роботов |
Способы записи и анализа звука |