Онлайн учебники на TEPKA.ru

Учебник по HTML 4

Как компьютер работает со звуком

Существует два типа звуковых файлов, используемых в компьютерах: цифровые и музыкальные. Иногда выделяют еще один тип файлов — текстово-звуковые, в которых используется метод конвертирования текстового файла в звуки, близкие к человеческой речи, т. е. замена букв фонемами.

Музыкальные файлы похожи на нотные листы, — мелодия в них хранится последовательностью музыкальных нот, и, кроме того, в них имеется информация об используемых для воспроизведения музыкальных инструментах. При проигрывании такой музыки звуковой адаптер может не просто генерировать звуки разной высоты, но и выбирать из памяти фрагменты звучаний реальных музыкальных инструментов и синтезировать мелодию. Использование таких звуков ограничено возможностями синтезатора.

Большинство звуков, которых вы слышите из колонок компьютера, представляют собой оцифрованный звук. По своей сути оцифрованный звук довольно прост. Аналоговые по своей природе звуки, передаваемые по проводам в виде изменяющегося напряжения, преобразуются в цифровые данные, которые можно сохранять в компьютере в виде файлов. Такое преобразование выполняется при помощи аналого-цифрового преобразователя (АЦП). При воспроизведении выполняется обратное действие — преобразование из цифровой формы в аналоговую. Эта работа возлагается на звуковую карту компьютера. Пользователь может создать любое количество звуковых файлов, подключив к компьютеру микрофон или бытовой магнитофон и воспользовавшись стандартными программами записи звука.

На качество получаемого оцифрованного звука влияет несколько факторов Важнейшим фактором является частота дискретизации звука (sampling rate) или количество преобразований аналогового звука в цифровой (замеров), выполняемое за одну секунду. Чем больше частота дискретизации, тем выше качество звука и тем больше при воспроизведении он будет похож на оригинал. Обычно этот параметр лежит в диапазоне от 8 до 44,1 кГц. Увеличение частоты дискретизации приводит к пропорциональному росту размеров файла, поэтому здесь важен разумный компромисс.

Другим фактором является разрядность дискретизации (sample rate), определяющая точность замеров. Типичными значениями являются 16 бит, 8 бит и др.

Характеристикой звукового файла является также режим записи — моно или стерео. Выбор того или иного режима сразу же в два раза изменяет размер получаемого файла.

Нетрудно подсчитать, сколько места на диске будут занимать оцифрованные звуки. Так, одна секунда фонограммы качества аудио CD (44100 замеров в секунду, 16 бит на канал, два канала) дает 172 Кб данных. Заметим, что полученная величина близка к скорости передачи данных односкоростных CD-приводов, большинство которых уже умели проигрывать аудиодиски. Сегодня скорости этих устройств значительно возросли, поэтому, тем более, проблем воспроизведения музыки не должно возникать.

Выбор приведенных параметров оцифровки звука не случаен. Оказывается, что определить влияние факторов на качество звука довольно просто. Частота дискретизации определяет максимально возможную частоту воспроизведения звука. В соответствии с законом Найквиста, самая высокая частота воспроизведения равна половине частоты дискретизации. Так, при дискретизации 44,1 кГц звук можно воспроизводить с частотой 22,05 кГц. Такая частота с запасом перекрывает диапазон звуков, воспринимаемых большинством людей, и определяет практически идеальное качество. В то же время для передачи речи такой частоты, как правило, не требуется. Человеческая речь в основном укладывается в диапазон 3 кГц, поэтому в телефонных сетях оцифровка звука ведется на частоте 8 кГц.

Разрядность дискретизации определяет фактор, представляющий собой отношение сигнала к шуму. Любой метод хранения и последующего воспроизведения звука вносит некоторые случайные потери, которые проявляются в виде шумов. Для оцифрованного звука шум определяется точностью замеров. Чем точнее измерение, тем меньше потенциальная возможность внесения шума.

Еще одним фактором является наличие сжатия данных, целью которого является экономия места на диске и выигрыш во времени передачи файлов. Среди схем сжатия/хранения звуковых данных можно выделить схемы, обеспечивающие сжатие без потерь информации, а также схемы, позволяющие значительно (в 10 и более раз) уменьшить размеры файлов без заметного искажения звука. Подробное описание технологий хранения данных выходит за рамки этой книги, однако в конце главы все же будут даны некоторые практические рекомендации по работе с современными форматами звуковых данных, что вызвано необычайным ростом их популярности.