Обработка+звукового+сигнала

Наука о звуках речи называется //фонетикой//. На слух человек воспринимает упругие волны, имеющие частоту где-то в пределах от 16 Гц до 20 кГц (1 Гц - 1 колебание в секунду). В соответствии с этим упругие волны в любой среде, частоты которых лежат в указанных пределах, называют звуковыми волнами или просто звуком. В учении о звуке важны такие понятия как //тон и тембр звука.//Всякий реальный звук, будь то игра музыкальных инструментов или голос человека, - это своеобразная смесь многих гармонических колебаний с определенным набором частот. Колебание, которое имеет наиболее низкую частоту, называют основным тоном, другие - обертонами.
 * Речевой звук** — звук, образуемый произносительным аппаратом человека с целью языкового общения (к произносительному аппарату относятся: глотка, ротовая полость с языком, лёгкие, носовая полость, губы, зубы).

Тембр - разное количество обертонов, присущих тому или иному звуку, которое придает ему особую окраску. Отличие одного тембра от другого обусловлено не только числом, но и интенсивностью обертонов, сопровождающих звучание основного тона. Именно по тембру мы легко можем отличить звуки рояля и скрипки, гитары и флейты, узнать голос знакомого человека.

Музыкальный звук можно характеризовать тремя качествами: //тембром//, т. е. окраской звука, которая зависит от формы колебаний, //высотой//, определяющейся числом колебаний в секунду (частотой), и //громкостью//, зависящей от интенсивности колебаний.

Компьютер широко применяют в настоящее время в различных сферах. Не стала исключением и обработка звуковой информации, музыка. До 1983 года все записи музыки выходили на виниловых пластинках и компакт-кассетах. В настоящее время широкое распространение получили компакт-диски. Если имеется компьютер, на котором установлена студийная звуковая плата, с подключенными к ней MIDI-клавиатурой и микрофоном, то можно работать со специализированным музыкальным //программным обеспечением.//

Условно его можно разбить на несколько видов: 1) всевозможные служебные программы и драйверы, предназначенные для работы с конкретными звуковыми платами и внешними устройствами; (примеры программ)

2) аудиоредакторы, которые предназначены для работы со звуковыми файлами, позволяют производить с ними любые операции - от разбиения на части до обработки эффектами; (примеры программ)

3) программные синтезаторы, которые появились сравнительно недавно и корректно работают только на мощных компьютерах. Они позволяют экспериментировать с созданием различных звуков; (примеры программ) и другие.

А как же происходит кодирование звука? В настоящее время существует два основных способа записи звука: аналоговый и цифровой. Но для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель его нужно преобразовать в электрический сигнал. Это делается с помощью микрофона. Самые простые микрофоны имеют мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн. К мембране присоединена катушка, перемещающаяся синхронно с мембраной в магнитном поле. В катушке возникает переменный электрический ток. Изменения напряжения тока точно отражают звуковые волны.

Переменный электрический ток, который появляется на выходе микрофона, называется аналоговым сигналом. Применительно к электрическому сигналу «аналоговый» обозначает, что этот сигнал //непрерывен по времени и амплитуде.// Он точно //отражает форму звуковой волны, которая распространяется в воздухе.//

Звуковую информацию можно представить в дискретной или аналоговой форме. Их отличие в том, что при //дискретном представлении информации физическая величина изменяется скачкообразно («лесенкой»),// принимая конечное множество значений. Если же информацию представить в //аналоговой форме, то физическая величина может принимать бесконечное количество значений, непрерывно изменяющихся.// Виниловая пластинка является примером аналогового хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка свою форму изменяет непрерывно. Но //у аналоговых записей// на магнитную ленту есть большой недостаток - //старение носителя//. За год фонограмма, которая имела нормальный уровень высоких частот, может их потерять. Виниловые пластинки при проигрывании их несколько раз теряют качество. Поэтому //преимущество отдают цифровой записи.// В начале 80-х годов появились компакт-диски. Они являются //примером дискретного хранения звуковой информации, так как звуковая дорожка компакт - диска содержит участки с различной отражающей способностью//. Теоретически эти цифровые диски могут служить вечно, если их не царапать, т.е. их преимуществами являются долговечность и неподверженность механическому старению. Другое преимущество заключается в том, что //при цифровой перезаписи нет потери качества звука//.


 * Цифро-аналоговое и аналого-цифровое преобразование звуковой информации.**

Звуковые волны при помощи микрофона превращаются в //аналоговый переменный электрический сигнал.// Он проходит через звуковой тракт и попадает в аналого-цифровой преобразователь (АЦП) - устройство, которое переводит сигнал в цифровую форму. В упрощенном виде принцип работы АЦП заключается в следующем: он измеряет через определенные промежутки времени амплитуду сигнала и передает дальше, уже по цифровому тракту, последовательность чисел, несущих информацию об изменениях амплитуды. Во время аналого-цифрового преобразования никакого физического преобразования не происходит. С электрического сигнала как бы снимается отпечаток или образец, являющийся цифровой моделью колебаний напряжения в аудиотракте. Если это изобразить в виде схемы, то эта модель представлена в виде последовательности столбиков, каждый из которых соответствует определенному числовому значению. Цифровой сигнал по своей природе дискретен - то есть прерывист, поэтому цифровая модель не совсем точно соответствует форме аналогового сигнала.

Вывод цифрового звука происходит при помощи цифро-аналогового преобразователя (ЦАП), который на основании поступающих цифровых данных в соответствующие моменты времени генерирует электрический сигнал необходимой амплитуды.

Источник: http://informatikaiikt.narod.ru/predstavlenieinform5.html

Полезные ссылки: 1.Как устроены и работают АЦП и ЦАП? Чем цифровое представление сигналов отличается от аналогового Какие интерфейсы используются для передачи цифрового звука? и другое по ссылке ниже: http://rockexplorer.narod.ru/otlihiecifr.htm

2. Кодирование звуковой информации. Форматы звуковых файлов. Использование инструментов специального программного обеспечения и цифрового оборудования для создания и преобразования звуковых файлов. http://www.metod-kopilka.ru/page-2-2-33.html


 * 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, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. е. частоты дискретизации ( см. ниже) Чем большее количество измерений производится за I секунду (чем больше частота дискретизации), тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую диалогового сигнала.

Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду. (Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.)


 * Качество оцифрованного звука и режимы. **Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается 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, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек ( режим "стерео" ).

Источник: http://www.5byte.ru/9/0009.php

Дополнительно:
Искажения сигналов http://ru.wikipedia.org/wiki/Искажения_сигнала