8. Кодирование звуковой информации, форматы звуковых файлов. Ввод и обработка звуковых файлов.

Кодирование звуковой информации. Форматы звуковых файлов. Ввод и обработка звуковых файлов.

Из курса физики известно, что звук представляет собой колебания воздуха. Амплитуда этих колебаний непрерывно меняется со временем. По своей природе звук является непрерывным сигналом. Для кодирования звука надо этот непрерывный сигнал превратить в последовательность нулей и единиц. Делают это следующим образом.

С помощью микрофона звук можно превратить в колебания электрического тока. Амплитуда колебаний измеряется через равные промежутки времени (на практике — несколько десятков тысяч раз в секунду). Каждое измерение фиксируется с установленной точностью и записывается в двоичном виде. Этот процесс называется дискретизацией.

Устройство для выполнения дискретизации называется аналого-цифровым преобразователем (АЦП). АЦП измеряет электрическое напряжение в каком-то диапазоне и выдает ответ в виде многоразрядных двоичных чисел. Например, типичный 8-битовый АЦП преобразует значения напряжения в диапазоне [-500 мВ, 500 мВ] в 8-разрядные двоичные числа в диапазоне [-127, +127].

Воспроизведение закодированного таким образом звука производится при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП). Двоичные числа, кодирующие звук, подаются на вход ЦАП с точно такой же частотой, как и при дискретизации, и ЦАП преобразует их в значения электрического напряжения обратно тому, как это делал АЦП. Например, двоичные числа из диапазона [-127, +127] преобразуются в значения напряжения из диапазона [-500 мВ, 500 мВ]. Полученный на выходе ЦАП ступенчатый сигнал сначала сглаживается с помощью аналогового фильтра, а затем преобразуется в звук при помощи усилителя и динамика.

При работе со стереозвуком все это проводится отдельно и независимо для левого и правого каналов.

На качество воспроизведения звука влияют в основном два параметра: частота дискретизации и разрешение — размер ячейки, отводимой под запись значения амплитуды.

Например, при записи на компакт-диски (CD) используются 16-разрядные значения, а частота дискретизации равна 44 032 Гц. Эти параметры обеспечивают прекрасное качество звучания речи и музыки.

Выбор частоты дискретизации определяется максимальной частотой звука, который еще слышит человек, 22 кГц. Чтобы удержать при дискретизации информацию о колебании в 22 кГц, на каждом периоде должно записываться, по крайней мере, два значения. То есть нужна вдвое большая частота дискретизации, а именно 44 кГц. Эта частота обеспечивает запись любых слышимых человеком звуков. В тех случаях, когда столь высокое качество не требуется, можно использовать меньшие частоты дискретизации: 11 кГц, 5,5 кГц и т. д. Чтобы первые частоты, получаемые последовательным делением исходной частоты вдвое, оказались целыми, удобно взять исходную частоту в виде произведения целого числа на степень двойки. Этим и объясняется выбор частоты 172*28 = 44 032 Гц.

Однако, во многих случаях качество CD не требуется. Для записи и передачи речи достаточна частота дискретизации 8 кГц. Несмотря на то, что составляющие человеческого голоса с частотой свыше 4 кГц не могут быть зарегистрированы при такой частоте дискретизации, закодированную речь легко понять.

Программы для обработки звука можно назвать звуковыми редакторами, если не определять их конкретные возможности. Общими операциями для таких редакторов являются возможность записи, воспроизведения и редактирования звуков. Оцифрованный звук представляется в звуковых ре­дакторах в наглядной форме, поэтому операции с файлами проводятся легко с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга и применять различные звуковые эффекты. Как правило, звуковые файлы подвержены сжатию. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в универсальном формате в файле WAV или в формате со сжатием МРЗ.