Кодирование звука

Понять, как аналоговый звук превращается в цифровой код и какие параметры влияют на качество и размер файла.

Это основа для понимания работы музыки, голосовых сообщений, видеозвонков и всех цифровых аудиоформатов. Знание помогает выбирать качество записи и понимать, почему файлы имеют разный размер.

• Звук — это колебания воздуха, которые можно записать как непрерывный сигнал (аналоговый).
• Компьютер не может хранить непрерывный сигнал, поэтому он измеряет его через равные промежутки времени — это дискретизация.
• Каждое измерение превращается в целое число — код, который записывается в память.
• Частота дискретизации показывает, сколько измерений делается за одну секунду (в герцах).
• Глубина кодирования определяет, сколько бит отводится на одно измерение, и влияет на точность передачи громкости.
• Чем больше частота и глубина, тем выше качество, но и больше размер файла.
• Для воспроизведения цифровой код снова превращается в аналоговый сигнал — это декодирование.

Звук

Колебания воздуха, которые воспринимает ухо. У звука есть громкость и высота (тон).

Аналоговый сигнал

Непрерывная волна, которая меняется плавно, как звук в природе.

Дискретизация

Разбиение непрерывного сигнала на отдельные моменты времени, в которых измеряется его значение.

Частота дискретизации

Количество измерений сигнала за одну секунду. Измеряется в герцах (Гц).

Глубина кодирования (разрядность)

Количество бит, которое используется для хранения одного измерения. Определяет точность записи громкости.

Цифровой звук

Звук, представленный в виде последовательности чисел (кодов), понятных компьютеру.

Кодирование

Превращение аналогового сигнала в цифровой код.

Декодирование

Превращение цифрового кода обратно в звуковые колебания.

• Частота дискретизации измеряется в герцах: 1 Гц = 1 измерение в секунду. Для качественной музыки используют 44 100 Гц (44,1 кГц).
• Глубина кодирования обычно равна 16 или 24 бита. 16 бит дают 65 536 уровней громкости.
• Размер звукового файла (в битах) = частота дискретизации × глубина кодирования × время звучания (в секундах) × количество каналов (моно = 1, стерео = 2).
• Человеческое ухо слышит звуки примерно от 20 Гц до 20 000 Гц, поэтому частота 44,1 кГц выбрана с запасом.
• Стандарт качества для CD-аудио: 44,1 кГц, 16 бит, стерео.

1. Пример 1случай
   • Когда ты записываешь голосовое сообщение, микрофон превращает звук в аналоговый сигнал, а телефон — в цифровой код
2. Пример 2случай

   Музыка на CD-диске хранится с частотой 44,1 кГц и глубиной 16 бит

   Пояснение

   • это обеспечивает высокое качество
3. Пример 3случай
   • Если уменьшить частоту дискретизации до 8 кГц, голос станет похож на робота, потому что теряются высокие частоты
4. Пример 4случай

   При видеозвонке звук кодируется и передаётся по интернету, а на другом конце декодируется

   Пояснение

   • поэтому мы слышим собеседника

• Первые цифровые записи появились в 1970-х годах, но массово стали использоваться только с появлением CD-дисков в 1982 году.
• Если записать звук с частотой 8 кГц и глубиной 8 бит, получится голос как из старого телефона — так делают в некоторых радиопередачах.
• Современные форматы сжатия (например, MP3) уменьшают размер файла, отбрасывая звуки, которые человек почти не слышит.

• Кодирование текстовой информации
• Кодирование графической информации
• Измерение информации