12. Представление звука в компьютере. Звуковой файл. Типы звуковых файлов. Форматы звуковых файлов.

Представление звука

Современные компьютеры «умеют» сохра­нять и воспроизводить звук (речь, музыку и пр.). Звук, как и лю­бая другая информация, представляется в памяти ЭВМ в форме двоичного кода.

Основной принцип кодирования звука, как и кодирования изобра­жения, выражается словом «дискретизация».

При кодировании изображения дискретизация — это разбие­ние рисунка на конечное число одноцветных элементов — пиксе­лей. И чем меньше эти элементы, тем меньше наше зрение заме­чает дискретность рисунка.

Процесс замены непрерывного сигнала последовательностью его значений называют дискретизацией (sampling).

Частота дискретизации — это количество измерений входного сигнала за 1 секунду. Частота измеряется в герцах (Гц). Одно изме­рение за 1 секунду соответствует частоте 1 Гц. 1000 измерений за 1 секунду — 1 килогерц (кГц). Характерные частоты дискретиза­ции аудиоадаптеров: 11 кГц, 22 кГц, 44,1 кГц и др.

Физическая природа звука — это колебания в определенном диапазоне частот, передаваемые звуковой волной через воздух (или другую упругую среду). Процесс преобразования звуковых волн в двоичный код в памяти компьютера:

Процесс воспроизведения звуковой информации, сохранен­ной в памяти ЭВМ:

Аудиоадаптер (звуковая плата) — специальное устройство, под­ключаемое к компьютеру, предназначенное для преобразования электрических колебаний звуковой частоты в числовой двоичный код при вводе звука и для обратного преобразования (из числово­го кода в электрические колебания) при воспроизведении звука.

В процессе записи звука аудиоадаптер с определенным перио­дом измеряет амплитуду электрического тока и заносит в регистр двоичный код полученной величины. Затем полученный код из регистра переписывается в оперативную память компьютера. Ка­чество компьютерного звука определяется характеристиками аудио­адаптера: частотой дискретизации и разрядностью.

Разрядность регистра — число бит в регистре аудиоадаптера. Разрядность определяет точность измерения входного сигнала. Чем больше разрядность, тем меньше погрешность каждого отдельно­го преобразования величины электрического сигнала в число и обратно, Если разрядность равна 8 (16), то при измерении входного сигнала может быть получено 2⁸ = 256 (2¹⁶ = 65536) различных значений. Очевидно, 16-разрядный аудиоадаптер точнее кодирует и воспроизводит звук, чем 8-разрядный.

Звуковой файл — файл, хранящий звуковую информацию в числовой двоичной форме. Как правило, информация в звуковых файлах подвергается сжатию.

Звуковые файлы можно разделить на 2 типа:

	с оцифрованным звуком;
	с нотной записью.

Форма wave

Форма WAVE может состоять из нескольких блоков, хотя обычно имеется только один блок формата и один блок данных. Фактически большинство программ, работающих с файлами WAVE, предполагают, что файлы имеют жестко структурированный формат, который показан в таблице 1. Хотя такое предположение на практике допустимо, подобные программы не смогут работать с файлами WAVE, содержащими необязательные блоки комментария или другие данные. С другой стороны, хорошо написанные программы для работы с файлами WAVE будут просто пропускать те блоки, которые они не понимают.

Блок fmt, содержит основную информацию об оцифрованном звуке. Большей частью эти поля тривиальны. Почти все файлы WAVE в Интернете имеют формат PCM. Число каналов (Number of channels) и частота дискретизации (Samples per second) - основные параметры звука. Среднее число байт в секунду (Average number of bytes per second) приводится, чтобы помочь программе воспроизведения выбрать подходящие размеры для буферов. Многие звуковые системы буферизуют в каждый момент времени одну секунду звука.

Кроме довольно известных файлов WAVE и AU, в Интернете можно встретить и много других звуковых и музыкальных форматов. Здесь вы найдете некоторые из них.

MIDI

Musical Instrument Digital Interface (MIDI) - довольно старый формат, ставший стандартом, объединившим разнообразное музыкальное оборудование. MIDI может также использоваться с ударными синтезаторами и оборудованием для освещения. Действительно, MIDI - одна из технологий, позволившая использовать во время концертов всевозможные специальные эффекты, обеспечивая их синхронизацию с музыкой.

Неудивительно, что MIDI является неотъемлемой частью многих систем музыкального редактирования. MIDI базируется на пакетах (packets) данных, каждый из которых соответствует MIDI-событию (MIDI-events), от нажатия клавиши до простого временного маркера. MIDI разделяет эти события по каналам (channels). Сложная среда MIDI может включать различную аппаратуру, причем каждая часть системы будет отвечать за события на соответствующем канале. Альтернативным вариантом будет одиночный синтезатор, который сам может управлять всеми каналами.

Стандарт, известный как General MIDI, определяет способ хранения MIDI-сообщения в файле. Этот формат файла стал стандартным способом хранения и обмена аудиоданными. Преимущество обмена файлами MIDI по сравнению с файлами оцифрованного звука состоит в том, что файлы MIDI намного меньше по размеру, так как они хранят только ноты, а не детальную запись звука.

Однако с точки зрения пользователя персонального компьютера MIDI имеет два существенных недостатка. Во-первых, часто требуется ощутимое вложение денег в аппаратное обеспечение. Во-вторых, файл MIDI не определяет в явном виде всех тонкостей воспроизведения звука. MIDI-событие может быть определено как: канал семь должен воспроизвести ноты, базируясь на звуке "сверхсветового пространства", но не указывает конкретно, что это за звук.

Телеконференция alt.binaries.sounds.midi распространяет музыкальные файлы в формате MIDI. Связанный с ней FAQ предоставляет общую информацию относительно файлов MIDI и программного обеспечения.