Конспект урока информатики по теме "Звуковая информация"

Звуковая информация.

Практическая работа № 1.5. «Кодирование и обработка звуковой информации».

Цели урока:

• образовательные – знакомство учащихся с понятием звуковой информации, временной дискретизацией звука, частотой дискретизации, глубиной кодирования, способами получения цифрового звука; сформировать умения создавать, редактировать и сохранять звуковые файлы, закрепить основной программный материал в процессе выполнения заданий.

• развивающие - развитие логического мышления, формирование навыков работы в звуковых редакторах.

• воспитательные - повышение интереса к изучению предмета, воспитание коммуникативной культуры, развитие в детях творческой активности.

Необходимое техническое оборудование:

компьютерный класс, проектор, интерактивная доска.

Программное обеспечение: звуковой редактор Audacity.

Ход урока:

1) Организационный момент.

2) Актуализация и проверка усвоения изученного материала.

1. Объясните технологию создания компьютерной анимации.

2. Какие типы анимации могут быть использованы в презентациях?

3. Как можно ускорить или замедлить GIF-анимацию?

4. В чем состоит различие между ключевыми и обычными кадрами flash-анимации?

3) Изучение нового материала.

Звуковая информация. Звук представляет собой рас­пространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну (колебания воздуха или другой среды) с непрерывно меняю­щейся амплитудой и частотой. Человек воспринимает зву­ковые волны с помощью слуха в форме звука различной громкости и тона. Чем больше амплитуда звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота колебаний, тем выше тон звука (рис. 1.23).

Рис. 1.23. Звуковая волна. Таблица 1 5. Громкость звука.

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до 20 000 колеба­ний в секунду (высокий звук).

Человек может воспринимать звук в огромном диапа­зоне амплитуд, в котором максимальная амплитуда больше минимальной в 10¹⁴ раз (в сто тысяч миллиар­дов раз). Для измерения громкости звука применяется специальная единица децибел (дБ). Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дБ соответствует уменьшению или увеличению амплитуды звука в 10 раз.

Временная дискретизация звука. Для того чтобы ком­пьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сиг­нал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие вре­менные участки, причем для каждого такого участка уста­навливается определенный уровень громкости.

Т
аким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последова­тельность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность «ступенек» (рис. 1.24).

Рис. 1.24. Временная дискретизация звука.

Частота дискретизации. Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество по­лученного цифрового звука зависит от количества измере­ний громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дис­кретизации. Чем большее количество измерений производится за одну секунду (чем больше частота дискре­тизации), тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигна­ла повторяет кривую аналогового сигнала.

Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8 000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Глубина кодирования. Каждой «ступеньке» присваива­ется определенный уровень громкости звука. Уровни гром­кости звука можно рассматривать как набор N возможных состояний, для кодирования которых необходимо опреде­ленное количество информации I, которое называется глу­биной кодирования звука.

Глубина кодирования звука — это количество ин­формации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле (1.1). Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно:

N = 2^I = 2¹⁶ = 65536.

В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наи­меньшему уровню громкости будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему — 1111111111111111.

Качество оцифрованного звука. Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным бу­дет оцифрованный звук. Самое низкое качество оцифрован­ного звука, соответствующее качеству телефонной связи, бу­дет при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим моно). Самое высокое качество оцифрованного зву­ка, соответствующее качеству аудио-CD, будет при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим стерео).

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового фай­ла. Можно оценить информационный объем, цифрового стереозвукового файла длительностью звучания одна се­кунда при среднем качестве звука (16 битов, 24000 измере­ний в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в одну секунду и умно­жить на 2 (стереозвук):

16 битов · 24 000 · 2 = 768 000 битов —

= 96 000 байтов = 93,75 Кбайт.

Звуковые редакторы. Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактиро­вать его. Оцифрованный звук представляется в звуковых ре­дакторах в наглядной форме, поэтому операции копирова­ния, перемещения и удаления частей звуковой дорожки молено легко осуществлять с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга (мик­шировать звуки) и применять различные акустические эф­фекты (эхо, воспроизведение в обратном направлении и др.).

Звуковые редакторы позволяют изменять качество циф­рового звука и объем звукового файла путем изменения час­тоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрован­ный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV, а также в формате со сжа­тием MP3.

При сохранении звука в форматах со сжатием отбра­сываются «избыточные» для человеческого восприя­тия звуковые частоты с малой амплитудой, совпадаю­щие по времени со звуковыми частотами с большой амплитудой. Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако при­водит к необратимой потере информации (файлы не могут быть восстановлены в первоначальном виде).

4) Закрепление материала.

Контрольные вопросы.

1. Объясните, как частота дискретизации и глубина кодирования влияют на качество цифрового звука.

Задания для самостоятельного выполнения.

1.9. Задание с выборочным ответом. Звуковая: плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждо­го из 65 536 возможных уровней громкости сигнала?

1) 65 536 битов; 2) 256 битов; 3) 16 битов; 4) 8 битов.

1.10. Задание с развернутым ответом. Оценить информацион­ный объем цифровых звуковых файлов длительностью 10 се­кунд при глубине кодирования и частоте дискретизации зву­кового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука:

а) моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду;

б) стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.

1.11. *Задание с развернутым ответом. Определить длитель­ность звукового файла, который уместится на дискете 3,5". Учесть, что для хранения данных на такой дискете выделяет­ся 2847 секторов объемом 512 байтов каждый:

а) при низком качестве звука: моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду;

б) при высоком качестве звука: стерео, 16 битов, 48 000 изме­рений в секунду.

5) Выполнение практической работы.

Практическая работа № 1.5. «Кодирование и обработка звуковой информации».

Задание. Записать оцифрованный звук, отредактиро­вать запись, наложить две записи, применить звуковые эф­фекты и сохранить звуковые файлы в различных форматах.

6) Домашнее задание.

§1.5, вопросы после параграфа.