Кодирование звука

Кодирование звука

Звук, воспринимаемый человеком, – это изменения давления воздуха на барабанную перепонку.

Изменения давления вызваны колебаниями воздуха. Для колебаний определяют амплитуду и частоту. Мы различаем звуки громкие и тихие, высокие и низкие. Громкие звуки имеют большую амплитуду, а тихие – маленькую. Высокие звуки это - частые колебания, а низкие звуки – это редкие колебания.

Цифровая звукозапись – это измерение изменений давления воздуха на микрофон с большой частотой.

Кодирование звука производится в два этапа:

1. Дискретизация по времени (время звучания разбивается на короткие отрезки)

2. Дискретизация по уровню (измеряем давление по фиксированной шкале)

Для измерения частоты в физике применяется единица Герц (Гц). Если частота составляет k Герц, это означает k раз в секунду.

Камертон, настроенный на ноту ля первой октавы, дает звук частотой 440 Гц. Музыкальный интервал октава соответствует изменению частоты в два раза. Ноте ля второй октавы соответствует частота 880 Гц.

Воспринимаемый среднестатистическим человеком звук лежит в диапазоне частот от 40 Гц до 16 000 Гц.

Количество отсчетов в секунду при дискретизации по времени называется частотой дискретизации. Обычно частота дискретизации составляет:

8 000 Гц — проводной телефон, радиотрансляция, достаточно для речи;
11 025 Гц;
16 000 Гц;
22 050 Гц — радио FM;
32 000 Гц;
44 100 Гц — используется в Audio CD;
48 000 Гц — DVD, DAT;
96 000 Гц — DVD-Audio (MLP 5.1);
192 000 Гц — DVD-Audio (MLP 2.0);
2 822 400 Гц — SACD, процесс однобитной дельта-сигма модуляции, известный как DSD — Direct Stream Digital, совместно разработан компаниями Sony и Philips;
5,644,800 Гц — DSD с удвоенной частотой дискретизации, однобитный Direct Stream Digital с частотой дискретизации вдвое больше, чем у SACD. Используется в некоторых профессиональных устройствах записи DSD.

На втором этапе каждое измеренное значение округляют до ближайшего значения фиксированной шкалы. Иногда этот процесс называют квантованием.

Громкие звуки соответствуют колебаниям большой амплитуды, а тихие звуки – колебаниям маленькой амплитуды.

Для оцифровки звука обычно используется либо шкала из 256 уровней (8 бит/отсчет) или 65 тысяч уровней (16 бит/отсчет). Количество бит на один отсчет называют глубиной кодирования или разрешением. Если разрешение составляет k бит/отсчет, то при квантовании различают 2^k уровней.

Контрольные вопросы.

1. Что такое звук, слышимый человеком?

2. Какие колебания воздуха дают высокий звук, а какие – низкий?

3. Какие колебания дают громкий звук, а какие – тихий?

4. Как производится цифровая звукозапись?

5. В каких единицах измеряется частота? Приведите пример.

6. Какие два этапа позволяют закодировать звук?

7. Что такое частота дискретизации звука? Какие частоты дискретизации обычно применяются?

8. Что такое глубина кодирования звука? В чем она измеряется?

9. Как определить количество распознаваемых уровней звука по глубине кодирования?

10. Какая глубина кодирования обычно применяется? Сколько уровней при этом различают?