Представление звуковой информации в компьютере — это использование принципа дискретизации, то есть, разбиения звуковых колебаний на малые элементы конечных размеров с определенным диапазоном частот, что является аналогичным разбиению графического изображения на набор пикселей.
Введение
Компьютерные устройства могут обрабатывать информацию в цифровой форме, которая является серией электрических импульсов, способных кодировать логические нули и единицы. Но звуковая информация, слышимая людьми, является непрерывной по своей природе. Это означает, что звуковые волны являются аналоговыми сигналами, имеющими переменную амплитуду и частоту. Для того чтобы записать такой звуковой сигнал в компьютерную память, нужно осуществить его преобразование в цифровую форму. Эту операцию способен реализовать аналого-цифровой преобразователь (АЦП). А, для того чтобы выполнить обратное преобразование, следует использовать цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который из цифрового сигнала способен сформировать аналоговый.
Звук является по своей сути волновыми колебаниями, которые могут распространяться в атмосфере земли или другой среде от источников колебаний в различных направлениях. Когда звуковая волна попадает в человеческое ухо, то присутствующие в нем специальные чувствительные компоненты воспринимают данные колебания и человек может слышать звук.
Любой звук характеризуется своей частотой и интенсивностью, которая воспринимается как громкость звука. Частота представляет собой число колебаний звука в одну секунду и измеряется в герцах (Гц). Ухо человека может слышать лишь сравнительно малый диапазон частот. Обычно этот диапазон простирается от примерно 16 Гц и до 20 кГц (1 кГц = 1 000 Гц). Громкость звука определяется амплитудой колебаний. Амплитуда звуковых колебаний обладает зависимостью в первую очередь от мощности звукового источника. Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Шорох листьев, например, имеет громкость примерно 20 дБ, классический шум улицы обладает громкостью около 70 дБ, а недалекий удар грома может достигать 120 дБ.
Представление звуковой информации в компьютере
На сегодняшний день звуковые устройства стали неотъемлемой частью любого персонального компьютера. В процессе развития компьютерных технологий был сформирован универсальный стандарт звукового программно-аппаратного обеспечения. Звуковые устройства превратились из дорогих экзотических дополнений в привычный компонент компьютерных систем практически любых конфигураций.
Системы мультимедиа начинаются как раз со звукового сопровождения, которое можно воспринимать вне зависимости от изображения. Звук способен служить в качестве дополнительного средства передачи информации о главных, а также фоновых процессах. При выполнении дискретизации аналоговая звуковая волна подразделяется на ряд отдельных фрагментов в разных интервалах времени, и для каждого фрагмента должна задаваться необходимая величина амплитуды. Каждый такой фрагмент получает свою величину громкости звукового сигнала.
К числу качественных характеристик звукового сигнала относятся следующие параметры:
- «Глубина» звукового кодирования, которая определяется количеством бит на один звуковой сигнал. На текущий момент звуковые карты используют обычно 16-битную «глубину» звукового кодирования.
- Частота дискретизации, которая определяется количеством измерений уровня сигнала за одну секунду. То есть, частота в один герц (Гц) предполагает осуществление одного измерения в секунду. Тысяча измерений в одну секунду является частотой в один килогерц (кГц). Количество подобных измерений в реальном компьютерном устройстве может простираться от восьми кГц до сорока восьми Кгц.
Ухо человека может слышать звуковые сигналы в общем случае в диапазоне от двадцати Гц до двадцати кГц. Практический опыт показывает, что оптимальное представление при помощи цифрового сигнала аналогового сигнала звука, можно достичь при использовании частоты дискретизации как минимум в два раза большей, чем наибольшая звуковая частота, слышимая человеком. То есть, необходимо использовать частоту, по меньшей мере, порядка сорока кГц. Звуковые системы, которые применяются на практике, обладают частотой дискретизации 44,1 кГц или 48 кГц. Естественно, что увеличение частоты дискретизации способно повысить и качественные характеристики звучания.
Одним из первых форматов звукового файла является формат РСМ (Pulse Code Modulation), что переводится как импульсно кодовая-модуляция. Сегодня такой формат звуковых файлов практически вышел из употребления, однако данный формат является основополагающим фактически для всех иных форматов.
Формат WAV является наиболее простым методом сохранения дискретной звуковой информации. Он считается одним из типов файлов в семействе RIFF. Формат RIFF (Resource Interchange File Format) является форматом файлов, предназначенных для обмена ресурсами. Этот формат выступает как уникальная система, которая предназначена для сохранения данных, имеющих различную структуру.
Формат МР3 обладает определенным сходством с форматом кодирования сигналов изображения jpeg. Он имеет достаточно большой коэффициент сжатия, который может достигать двенадцати раз. Его дальнейшим развитием является формат MP4. Известны и некоторые другие форматы кодирования звуковых сигналов, предназначенных для применения в компьютерном оборудовании.
Существует несколько способов ввода музыкальной информации в память компьютерного оборудования. Выбор обычно определяется форматом информации, которая подлежит вводу. Когда музыкальное произведение сформировано в форме файла в одном из цифровых форматов, то его можно загрузить в компьютер при помощи обычных стандартных способов. Например, можно использовать загрузку из сети Интернет или копирование с внешнего устройства памяти (карты памяти или флешки).
