При разложении непрерывной звуковой волны на гармоники получается спектр колебаний, который определяет тональный состав звука. это чередование уплотнений и разряжений воздуха, т. е. волна, отделяющаяся от непрерывно от самолета. Звуковой барьер в аэродинамике — название ряда технических трудностей, вызванных явлениями, сопровождающими движение летательного аппарата (например, сверхзвукового самолёта, ракеты) на скоростях, близких к скорости звука или превышающих её. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука частота.
Кодирование звуковой и видеоинформации
Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Для этого, непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Новости Новости.
Практические соображения
- Хлопок при переходе самолета на сверхзвук — это миф. Причина «взрыва» совсем другая
- 4 2 Панорамирование
- Мы ценим вашу конфиденциальность
- Презентация 10 -8 Кодирование звуковой информации С
- Почему слышен хлопок при переходе на сверхзвук
На что разбивается непрерывная звуковая волна
Видно облако конденсата, образовавшегося вследствие локального изменения давления Эффект Прандтля — Глоерта. Зачастую подобная картина ошибочно воспринимается в качестве «преодоления звукового барьера», о чём свидетельствует и название фотографии. Волновой кризис — изменение характера обтекания летательного аппарата воздушным потоком при приближении скорости полёта к скорости звука , сопровождающееся, как правило, ухудшением аэродинамических характеристик аппарата — ростом лобового сопротивления , снижением подъёмной силы , появлением вибраций и прочими. Уже в ходе Второй мировой войны скорость истребителей стала приближаться к скорости звука. При этом пилоты иногда стали наблюдать непонятные в то время и угрожающие явления, происходившие с их машинами при полётах с предельными скоростями.
Если появятся машины с ещё большими скоростями, мы не сможем летать на них. На прошлой неделе я на своём « Мустанге » спикировал на Me-109. Мой самолёт затрясся, словно пневматический молоток, и перестал слушаться рулей. Я никак не мог вывести его из пике.
После войны, когда многие авиаконструкторы и лётчики-испытатели предпринимали настойчивые попытки достичь психологически значимой отметки — скорости звука, эти непонятные явления становились нормой, и многие из таких попыток закончились трагически. Это и вызвало к жизни не лишённое мистики выражение «звуковой барьер» фр. Schallmauer — звуковая стена. Пессимисты утверждали, что этот предел превзойти невозможно, хотя энтузиасты, рискуя жизнью, неоднократно пытались сделать это.
Развитие научных представлений о сверхзвуковом движении газа позволило не только объяснить природу «звукового барьера», но и найти средства его преодоления.
Высота звука может определяться слуховой системой для сложных сигналов, но только в том случае, если основной тон сигнала является периодическим например, в звуке хлопка или выстрела тон не является периодическим и по сему слух не способен оценить его высоту. Вообще, в зависимости от амплитуд составляющих спектра, звук может приобретать различную окраску и восприниматься как тон или как шум. В случае если спектр дискретен то есть, на графике спектра присутствуют явно выраженные пики , то звук воспринимается как тон, если имеет место один пик, или как созвучие, в случае присутствия нескольких явно выраженных пиков. Если же звук имеет сплошной спектр, то есть амплитуды частотных составляющих спектра примерно равны, то на слух такой звук воспринимается как шум. Для демонстрации наглядного примера можно попытаться экспериментально «изготовить» различные музыкальные тона и созвучия.
Для этого необходимо к громкоговорителю через сумматор подключить несколько генераторов чистых тонов осцилляторов. Причем, сделать это таким образом, чтобы была возможность регулировки амплитуды и частоты каждого генерируемого чистого тона. В результате проделанной работы будет получена возможность смешивать сигналы от всех осцилляторов в желаемой пропорции, и тем самым создавать совершенно различные звуки. Поученный прибор явит собой простейший синтезатор звука. Очень важной характеристикой слуховой системы человека является способность различать два тона с разными частотами. Опытные проверки показали, что в полосе от 0 до 16 кГц человеческий слух способен различать до 620 градаций частот в зависимости от интенсивности звука , при этом примерно 140 градаций находятся в промежутке от 0 до 500 Гц.
На восприятии высоты звука для чистых тонов сказываются также интенсивность и длительность звучания. В частности, низкий чистый тон покажется еще более низким, если увеличить интенсивность его звучания. Обратная ситуация наблюдается с высокочастотным чистым тоном — увеличение интенсивности звучания сделает субъективно воспринимаемую высоту тона еще более высокой. Длительность звучания сказывается на воспринимаемой высоте тона критическим образом. Так, очень кратковременное звучание менее 15 мс любой частоты покажется на слух просто резким щелчком — слух будет неспособен различить высоту тона для такого сигнала. Высота тона начинает восприниматься лишь спустя 15 мс для частот в полосе 1000 — 2000 Гц и лишь спустя 60 мс — для частот ниже 500 Гц.
Это явление называется инерционностью слуха. Инерционность слуха связана с устройством базилярной мембраны. Кратковременные звуковые всплески не способны заставить мембрану резонировать на нужной частоте, а значит мозг не получает информацию о высоте тона очень коротких звуков. Минимальное время, требуемое для распознавания высоты тона, зависит от частоты звукового сигнала, а, точнее, от длины волны. Чем выше частота звука, тем меньше длина звуковой волны, а значит тем быстрее «устанавливаются» колебания базилярной мембраны. В природе мы почти не сталкиваемся с чистыми тонами.
Звучание любого музыкального инструмента является сложным и состоит из множества частотных составляющих. Тем не менее, даже при одинаковой высоте звучания, звук, например, скрипки отличается на слух от звука рояля. Это связано с тем, что помимо высоты звучания слух способен оценить также общий характер, окрас звучания, его тембр. Тембром звука называется такое качество восприятия звука, которое, в не зависимости от частоты и амплитуды, позволяет отличить одно звучание от другого. Тембр звука зависит от общего спектрального состава звучания и интенсивности спектральных составляющих, то есть от общего вида звуковой волны, и фактически не зависит от высоты основного тона. Немалое влияние на тембр звучания оказывает явление инерционности слуховой системы.
Это выражается, например, в том, что на распознавание тембра слуху требуется около 200 мс. Громкость звука — это одно из тех понятий, которые мы употребляем ежедневно, не задумываясь при этом над тем, какой физический смысл оно несет. Громкость звука — это психологическая характеристика восприятия звука, определяющая ощущение силы звука. Громкость звука, хотя и жестко связана с интенсивностью, но нарастает непропорционально увеличению интенсивности звукового сигнала. На громкость влияет частота и длительность звукового сигнала. Чтобы правильно судить о связи ощущения звука его громкости с раздражением уровнем силы звука , нужно учитывать, что изменение чувствительности слухового аппарата человека не точно подчиняется логарифмическому закону.
Существуют несколько единиц измерения громкости звука. Первая единица — «фон» в англ. Говорят, «уровень громкости звука составляет n фон», если средний слушатель оценивает сигнал как равный по громкости тону с частотой 1000 Гц и уровнем давления в n дБ. Фон, как и децибел , по сути не является единицей измерения, а представляет собой относительную субъективную характеристику интенсивности звука. Каждая кривая на графике показывает уровень равной громкости с начальной точкой отсчета на частоте 1000 Гц. Иначе говоря, каждая линия соответствует некоторому значению громкости, измеренной в фонах.
Например, линия «10 фон» показывает уровни сигнала в дБ на разных частотах, воспринимаемых слушателем как равные по громкости сигналу с частотой 1000 Гц и уровнем 10 дБ. Важно заметить, что приведенные кривые не являются эталонными, а приведены в качестве примера. Современные исследования ясно свидетельствуют, что вид кривых в достаточной степени зависит от условий проведения измерений, акустических характеристик помещения, а также от типа источников звука громкоговорители, наушники. Таким образом, эталонного графика кривых равных громкостей не существует. Важной деталью восприятия звука слуховым аппаратом человека является так называемый порог слышимости - минимальная интенсивность звука, с которой начинается восприятие сигнала. Как мы видели, уровни равной громкости звука для человека не остаются постоянным с изменением частоты.
Иными словами, чувствительность слуховой системы сильно зависит как от громкости звука, так и от его частоты. В частности, и порог слышимости также не одинаков на разных частотах. Например, порог слышимости сигнала на частоте около 3 кГц составляет чуть менее 0 дБ, а на частоте 200 Гц — около 15 дБ. Напротив, болевой порог слышимости мало зависит от частоты и колеблется в пределах 100 — 130 дБ. График порога слышимости представлен на рис. Обратим внимание, что поскольку, острота слуха с возрастом меняется, график порога слышимости в верхней полосе частот различен для разных возрастов.
Частотные составляющие с амплитудой ниже порога слышимости то есть находящиеся под графиком порога слышимости оказываются незаметными на слух. Интересным и исключительно важным является тот факт, что порог слышимости слуховой системы, также как и кривые равных громкостей, является непостоянным в разных условиях. Представленные выше графики порога слышимости справедливы для тишины. В случае проведения опытов по измерению порога слышимости не в полной тишине, а, например, в зашумленной комнате или при наличии какого-то постоянного фонового звука, графики окажутся другими. Это, в общем, совсем не удивительно. Ведь идя по улице и разговаривая с собеседником, мы вынуждены прерывать свою беседу, когда мимо нас проезжает какой-нибудь грузовик, поскольку шум грузовика не дает нам слышать собеседника.
Этот эффект называется частотной маскировкой. Причиной появления эффекта частотной маскировки является схема восприятия звука слуховой системой. Мощный по амплитуде сигнал некоторой частоты f m вызывает сильные возмущения базилярной мембраны на некотором ее отрезке. Близкий по частоте, но более слабый по амплитуде сигнал с частотой f уже не способен повлиять на колебания мембраны, и поэтому остается «незамеченным» нервными окончаниями и мозгом. Эффект частотной маскировки справедлив для частотных составляющих, присутствующих в спектре сигнала в одно и то же время. Однако в виду инерционности слуха, эффект маскировки может распространяться и во времени.
Так некоторая частотная составляющая может маскировать другую частотную составляющую даже тогда, когда они появляются в спектре не одновременно, а с некоторой задержкой во времени. Этот эффект называется временной маскировкой. В случае, когда маскирующий тон появляется по времени раньше маскируемого, эффект называют пост-маскировкой.
Еще одной характеристикой качества звука является глубина кодирования звука , эта величина определяет количество бит на один звуковой сигнал. В настоящее время звуковые карты, как правило, обеспечивают 16-битную глубину кодирования звуковой информации. Количество уровней звукового сигнала можно рассчитать следующим образом: уровней сигнала. Для того чтобы определить, какой объем памяти требуется для хранения звуковой информации длительностью t секунд, с частотой дискретизации f Гц, глубиной кодирования b бит по s каналам, необходимо воспользоваться следующей формулой:. Определим информационный объем данных, которые были получены при оцифровке звукового сообщения длительность 2 минуты, частота 45кГц, использовалась 16-битная звуковая карта. Запись выполнена в режиме «стерео». Видеоинформация Для того чтобы сохранить видеоинформацию в памяти компьютера, необходимо закодировать звук, а также изменяющееся во времени изображение, важно обеспечить их синхронность.
Кодирование звуковой информации Временная дискретизация звука. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота сигнала, тем выше тон. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть превращен в последовательность электрических импульсов двоичных нулей и единиц. В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его временная дискретизация.
Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени A t заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность «ступенек». Глубина кодирования.
Дискретизация звука
При разложении непрерывной звуковой волны на гармоники получается спектр колебаний, который определяет тональный состав звука. это наибольшая величина звукового давления при сгущениях и разряжениях. Это звуковые волны с постоянно меняющейся амплитудой и частотой.
Кодирование звуковой информации.
Согласно ей, аналоговый сигнал с ограниченным спектром точно описуем дискретной последовательностью значений его амплитуды, если эти значения берутся с частотой, как минимум вдвое превышающей наивысшую частоту спектра сигнала. На практике это означает, что для того, чтобы оцифрованный сигнал содержал информацию о всем диапазоне слышимых частот исходного аналогового сигнала 20 Гц — 20 кГц необходимо, чтобы выбранное значение частоты дискретизации составляло не менее 40 кГц. Количество замеров амплитуды в секунду называют частотой дискретизации в случае, если шаг дискретизации постоянен. Основная трудность оцифровки заключается в невозможности записать измеренные значения сигнала с идеальной точностью хотя исходя из теоремы Шенона и Котельникова это возможно Линейное однородное квантование амплитуды [ править править код ] Отведём для записи одного значения амплитуды сигнала в памяти компьютера N бит. Значит, с помощью одного N -битного слова можно описать 2 N разных положений.
Теперь, для записи каждого отдельного значения амплитуды, его необходимо округлить до ближайшего уровня квантования. Этот процесс носит название квантования по амплитуде. Квантование по амплитуде — процесс замены реальных значений амплитуды сигнала значениями, приближенными с некоторой точностью. Каждый из 2 N возможных уровней называется уровнем квантования, а расстояние между двумя ближайшими уровнями квантования называется шагом квантования.
Если амплитудная шкала разбита на уровни линейно, квантование называют линейным однородным. Точность округления зависит от выбранного количества 2 N уровней квантования, которое, в свою очередь, зависит от количества бит N , отведенных для записи значения амплитуды. Число N называют разрядностью квантования подразумевая количество разрядов, то есть бит, в каждом слове , а полученные в результате округления значений амплитуды числа — отсчетами или семплами от англ. Принимается, что погрешности квантования, являющиеся результатом квантования с разрядностью 16 бит, остаются для слушателя почти незаметными.
Этот способ оцифровки сигнала — дискретизация сигнала во времени в совокупности с методом однородного квантования — называется импульсно-кодовой модуляцией, ИКМ англ. Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды уже можно сохранить в памяти компьютера. Стандартный аудио компакт-диск CD-DA , применяющийся с начала 80-х годов 20-го столетия, хранит информацию в формате PCM с частотой дискретизации 44.
Лекция по теме Кодирование звука. Для человека звук тем громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала. Оцифровку звука выполняет специальное устройство на звуковой плате.
Называется оно аналого-цифровой преобразователь АЦП. Подробнее рассмотрим эти процессы.
Непрерывная зависимость амплитуды сигнала от времени A t заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. Для чего непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации? Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Как происходит кодирование различных звуков? Делается это следующим образом: непрерывный аналоговый сигнал «режется» на участки, с частотой дискретизации, получается цифровой дискретный сигнал, который проходит процесс квантования с определенной разрядностью, а затем кодируется, то есть заменяется последовательностью кодовых символов. Что такое разбиение звуковой волны на отдельные временные участки? Какой буквой обозначается глубина звука?
В чем измеряется глубина звука?
Ее еще сравнивают с давкой толпы в узком проходе, когда скорость прибывающих людей больше или равна скорости тех, кто все еще пытается выйти. При этом, строго говоря, звуковой барьер - уже не совсем звук.
В отличие от звуковой волны, которая представляет собой области сжатия-разрежения с малой амплитудой, не изменяющие состояние среды, фронт ударной волны — это всегда только сжатие, скачкообразное изменение всех параметров среды, особенно давления. Причем газ после того, как он прошел ударную волну или после того, как ударная волна прошла через газ обычно имеет более высокую температуру и давление, чего не бывает с обычными звуковыми волнами. В общем, ударная волна — это эдакая аномалия при переходе с дозвуковых скоростей к сверхзвуковым.
Если звук — это просто волны уплотнений и разрежений среды, то он, очевидно, может распространяться не только в газах, но и в жидкостях и даже в твердых телах. Собственно киты так и поют где-то на глубине океанов. А вот что насчет ударных волн в жидкости?
Действие третье: Россия. В 1897 году профессору МГУ Николаю Егоровичу Жуковскому было поручено расследование причин внезапных разрушений в московском водопроводе. Появление разрывов труб в самых неожиданных местах было проблемой не только в России, но и в других странах.
После почти двух лет опытов и исследований Жуковский в 1899 г. Как уже было сказано, ударная волна — это резкий скачок уплотнения в среде, параметры которого во много раз превышают обычные отклонения, вроде звуковых волн. При этом, как говорил сам Мах, по принципу относительности не обязательно разгонять какой-то предмет в среде, чтобы вызвать такой скачок, можно разгонять саму среду здесь Галилей довольно перевернулся в гробу на другой бок.
Вода, по сравнению с газом, сжимается крайне плохо, но все-таки сжимается, поэтому если резко остановить ее течение в герметичном сосуде, в точке, где скорость слишком быстро стала равна нулю образуется ударный фронт с высокой плотностью и давлением. Это происходило при резком закрытии шарового крана или остановке циркуляционного насоса, когда давление в трубе достигало таких значений, что выбивало сами краны или просто расширяло трубу! Гидроудары также возникают в поршневых двигателях, когда в рабочий цилиндр попадает несжимаемая слабосжимаемая жидкость, например, вода.
В своей работе Жуковский предложил различные способы решения проблемы, например медленное закрытие крана, замена шаровых кранов на винтовые задвижки или вентили. До сих пор по его советам во всем мире применяются демпфирующие устройства гасители гидравлического удара , разрушаемые мембраны и обратные клапаны. Еще немного ударных волн.
Извержение вулкана Кракатау по многим данным было самым громким событием в нашей истории.
У вас большие запросы!
- Информатика - Кодирование звуковой информации.
- Как кодируется звук. Цифровое кодирование и обработка звука
- Непрерывная зависимость
- 4 2 Панорамирование
Непрерывная волна
Каждый отсчет занимает целое количество байт например, 2 байта в случае 12-битовых чисел, старшие разряды содержат нули. При стереозаписи числа группируются парами для левого и правого канала соответственно, причем каждая пара образует законченный блок — для нашего примера его длина составит 4 байта. Такая, казалось бы, излишняя структурированность позволяет программному обеспечению оптимизировать процесс передачи данных при воспроизведении, но, как в подобных случаях всегда бывает, выигрыш во времени приводит к существенному увеличению размера файла. Это один из форматов хранения аудиосигнала, позднее утвержденный как часть стандартов сжатого видео. Природа получения данного формата во многом аналогична уже рассмотренному нами ранее сжатию графических данных по технологии JPEG. Это называется адаптивным кодированием и позволяет экономить на наименее значимых с точки зрения восприятия человека деталях звучания. Приемы, применяемые в MP3, непросты для понимания и опираются на достаточно сложную математику, но зато обеспечивают очень значительный эффект сжатия звуковой информации. Успехи технологии MP3 привели к тому, что ее применяют сейчас и во многих бытовых звуковых устройствах, например, плеерах и сотовых телефонах. Формат MIDI.
Это довольно старый 1983 г. MIDI базируется на пакетах данных, каждый из которых соответствует некоторому событию, в частности, нажатию клавиши или установке режима звучания. Любое событие может одновременно управлять несколькими каналами, каждый из которых относится к определенному оборудованию. Несмотря на свое изначальное предназначение, формат файла стал стандартным для музыкальных данных, которые при желании можно проигрывать с помощью звуковой карты компьютера безо всякого внешнего MIDI-оборудования. Главным преимуществом файлов MIDI является их очень небольшой размер, поскольку это не детальная запись звука, а фактически некоторый расширенный электронный эквивалент традиционной нотной записи. Но это же свойство одновременно является и недостатком: поскольку звук не детализирован, то разное оборудование будет воспроизводить его по-разному, что в принципе может даже заметно исказить авторский музыкальный замысел. Формат MOD. Представляет собой дальнейшее развитие идеологии MIDI-файлов.
Постоянные издержки график. С увеличением объема производства средние постоянные издержки. Зависимость постоянных издержек от объема производства. AFC С ростом объема производства. Функцией распределения Гаусса это функция. Функция распределения случайной величины Гаусса. Функция распределения случайной величины формула. Гауссовский закон распределения случайной величины.
Дискретное представление звуковой информации. Графическая и звуковая информация. Текстовая графическая и звуковая информация. Графическое представление звука. Зависимость температуры воды от времени. Кастрюлю с водой поставили на газовую плиту ГАЗ горит. Зависимость времени от температуры воды времени. Зависимость температуры воды в чайнике от времени.
Кривая средних издержек. Кривые средних и предельных издержек. Средние издержки производства график. График средних и предельных издержек. КПВ кривая производственных возможностей. Точки эффективности на графике КПВ. КВП кривая производственных возможностей. Кривая производственных возможностей это в экономике.
Стресс при потере информации. Психическая нагрузка и стресс при потере информации. Тепловое равновесие на графике. Теплоемкость воды. Зависимость от социальных сетей. Зависимость людей от социальных сетей. Симптомы зависимости от социальных сетей. Зависимость подростков от социальных сетей.
Реабилитация зависимых. Реабилитация человека. Реабилитация наркозависимых. Адаптация человека. Процесс дискретизации. Звуковая волна дискретизация. График издержки и объем производства. Переменные затраты график.
Совокупные переменные затраты с ростом объемов производства. Постоянные и переменные издержки на графике. Кривые средних и предельных издержек в краткосрочном периоде. Кривая средних общих издержек. График издержек фирмы. Кривая предельных издержек в краткосрочном периоде. Зависимость постоянных издержек от объема производства прямая. Зависимость издержек производства от объема выпускаемой продукции.
Объем переменных издержек зависит от объема производства продукции. КСВ равное бесконечности. В зависимости от объема производства. Увеличение объема производства. График переменных затрат:. Теорема существования решения дифференциального уравнения. Теорема существования и единственности решения.
Эффект возникновения биений используется при настройке двух музыкальных тонов в унисон например, при настройке гитары : настройку производят до тех пор, пока биения перестают ощущаться. Звуковая волна, при ее падении на границу раздела с другой средой, может отразиться от границы раздела, пройти в другую среду, изменить направление движения - преломиться от границы раздела это явление называют рефракцией , поглотиться или одновременно совершить несколько из перечисленных действий. Степень поглощения и отражения зависит от свойств сред на границе раздела.
Энергия звуковой волны в процессе ее распространения поглощается средой. Этот эффект называют поглощением звуковых волн. Существование эффекта поглощения обусловлено процессами теплообмена и межмолекулярного взаимодействия в среде. Важно отметить, что степень поглощения звуковой энергии зависит как от свойств среды температура, давление, плотность , так и от частоты звуковых колебаний: чем выше частота звуковых колебаний, тем большее рассеяние претерпевает на своем пути звуковая волна. Очень важно упомянуть также явление волнового движения в замкнутом объеме, суть которого состоит в отражении звуковых волн от стенок некоторого закрытого пространства. Отражения звуковых колебаний могут сильно влиять на конечное восприятие звука - изменять его окраску, насыщенность, глубину. Так, звук идущий от источника, расположенного в закрытом помещении, многократно ударяясь и отражаясь от стен помещения, воспринимается слушателем как звук, сопровождающийся специфическим гулом. Такой гул называется реверберацией от лат. Эффект реверберации очень широко используется в звукообработке с целью придания звучанию специфических свойств и тембральной окраски. Способность огибать препятствия — еще одно ключевое свойство звуковых волн, называемое в науке дифракцией.
Степень огибания зависит от соотношения между длиной звуковой волны ее частотой и размером стоящего на ее пути препятствия или отверстия. Если размер препятствия оказывается намного больше длины волны, то звуковая волна отражается от него. Если же размеры препятствия оказываются сопоставимыми с длиной волны или оказываются меньше ее, то звуковая волна дифрагирует. Еще один эффект, связанный с волновым движением, о котором нельзя не вспомнить - эффект резонанса. Он заключается в следующем. Звуковая волна, создаваемая некоторым колеблющимся телом, распространяясь в пространстве, может переносить энергию колебаний другому телу резонатору , которое, поглощая эту энергию, начинает колебаться, и, фактически, само становится источником звука. Так исходная звуковая волна усиливается, и звук становится громче. Надо заметить, что в случае появления резонанса, энергия звуковой волны расходуется на «раскачивание» резонатора, что соответственно сказывается на длительности звучания. Эффект Допплера — еще один интересный, последний в нашем списке эффект, связанный с распространением звуковых волн в пространстве. Эффект заключается в том, что длина волны изменяется соответственно изменению скорости движения слушателя относительно источника волны.
Чем быстрее слушатель регистрирующий датчик приближается к источнику волны, тем регистрируемая им длина волны становится меньше и наоборот. Эти и другие явления учитываются и широко используются во многих областях, таких как акустика, звукообработка и радиолокация. Что же представляет собой звук в аудио аппаратуре? В звуковой аппаратуре звук представляется либо непрерывным электрическим сигналом, либо набором цифр нулей и единиц. Аппаратура, в которой рабочий сигнал является непрерывным электрическим сигналом, называется аналоговой аппаратурой например, бытовой радио приемник или стерео усилитель , а сам рабочий сигнал — аналоговым сигналом. Преобразование звуковых колебаний в аналоговый сигнал можно осуществить, например, следующим способом. Мембрана из тонкого металла с намотанной на нее катушкой индуктивности, подключенная в электрическую цепь и находящаяся в поле действия постоянного магнита, подчиняясь колебаниям воздуха и колеблясь вместе с ним, вызывает соответствующие колебания напряжения в цепи. Эти колебания как бы моделируют оригинальную звуковую волну. Приблизительно так работает привычный для нас микрофон. Полученный в результате такого преобразования аналоговый аудио сигнал может быть записан на магнитную ленту и впоследствии воспроизведен.
Аналоговый сигнал с помощью специального процесса о нем мы будем говорить позднее может быть представлен в виде цифрового сигнала — некоторой последовательности чисел. Таким образом, аналоговый звуковой сигнал может быть «введен» в компьютер, обработан цифровыми методами и сохранен на цифровом носителе в виде некоторого набора описывающих его дискретных значений. Важно понять, что аналоговый или цифровой аудио сигнал — это лишь формы представления звуковых колебаний материи, придуманная человеком для того, чтобы иметь возможность анализировать и обрабатывать звук. Непосредственно аналоговый или цифровой сигнал в его исходном виде не может быть «услышан». Чтобы воссоздать закодированное в цифровых данных звучание, необходимо вызвать соответствующие колебания воздуха, потому что именно эти колебания и есть звук. Это можно сделать лишь путем организации вынужденных колебаний некоторого предмета, расположенного в воздушном пространстве например, диффузора громкоговорителя. Колебания предмета вызывают колебаниями напряжения в электрической цепи. Эти самые колебания напряжения и есть аналоговый сигнал. Таким образом, чтобы «прослушать» цифровой сигнал, необходимо вернуться от него к аналоговому сигналу. А чтобы «услышать» аналоговый сигнал нужно с его помощью организовать колебания диффузора громкоговорителя.
Спектральное разложение сигналов — тема обширная и сложная. Мы постараемся раскрыть эту тему, не слишком вдаваясь в ее теоретические подробности. Французский математик Фурье 1768-1830 и его последователи доказали, что любую, обязательно периодическую функцию, в случае ее соответствия некоторым математическим условиям можно разложить в ряд сумму косинусов и синусов с некоторыми коэффициентами, называемый тригонометрическим рядом Фурье. Проводить рассмотрение сухой математики этого метода разложения мы не будем. То есть, ряд Фурье — это как бы альтернативный способ записи функцию f x. При этом, не смотря на то, что ряд Фурье может быть бесконечным, предлагаемая им форма записи оказывается очень удобной при проведении анализа и обработки о том, что это нам дает применительно к звуковым сигналам, мы еще поговорим. Это означает, что ряд Фурье функции f x можно представить графически, отложив по оси абсцисс значение k, а по оси ординат — величины коэффициентов a k и b k в некоторой форме. Рассмотрим в качестве примера функцию:. График функции представлен на рис. Это периодическая функция с периодом 2П.
Разложение этой функции в ряд Фурье дает следующий результат: То есть, коэффициенты a k равны нулю для всех k, а коэффициенты b k не равны нулю только для нечетных k. Этот ряд Фурье можно представить графически в виде графика, как показано на рис. Так можно поступить с периодическими функциями. Однако, как на практике, так и в теории, далеко не все функции являются периодическими. Чтобы получить возможность раскладывать непериодическую функцию f x в ряд Фурье, можно воспользоваться «хитростью». Как правило, при рассмотрении некоторой сложной непериодической функции нас не интересуют ее значения на всей области определения; нам достаточно рассматривать функцию лишь на определенном конечном интервале [ x 1, x 2] для некоторых x 1 и x 2. Для ее разложения в ряд Фурье на интервале [ x 1, x 2] мы можем искусственно представить в виде некоторой периодической функции , полученной путем «зацикливания» значений функции f x из рассматриваемого интервала. После этой процедуры, непериодическая функция f x превращается в периодическую , которая может быть разложена в ряд Фурье. До сих пор мы говорили о математике. Как же все сказанное соотносится с практикой?
Действительно, рассмотренный нами способ разложения в ряд Фурье работает для функций, записанных в виде аналитических выражений. К сожалению, на практике записать функцию в виде аналитического выражения возможно лишь в единичных случаях. В реальности чаще всего приходится работать с изменяющимися во времени величинами, никак неподдающимися аналитической записи. Кроме того, значения анализируемой величины чаще всего известны не в любой момент времени, а лишь тогда, когда производится их регистрация иными словами, значения анализируемой величины дискретны. В частности, интересующие нас сейчас реальные звуковые колебания, являются как раз такой величиной.
Использование спектрограмм: Спектрограмма — это графическое представление спектра звуковой волны в зависимости от времени. Использование спектрограмм позволяет наглядно представить разделение звуковых волн и проанализировать их изменения со временем. Все эти принципы взаимодействуют друг с другом и помогают разделить непрерывную звуковую волну на ее основные компоненты. Использование высокочастотной дискретизации, фурье-преобразования, фильтров, анализа амплитуды и фазы, а также спектрограмм позволяет более точно анализировать и обрабатывать звуковые данные и применять их в различных областях, таких как музыка, речь, речь и др.
Дисперсия и резонанс Дисперсия представляет собой явление, при котором различные частоты звуковой волны распространяются с различной скоростью. Это обусловлено различными свойствами среды, через которую проходит волна. Например, в среде с изменчивым показателем преломления, различные частоты могут преломляться под разными углами и, следовательно, иметь различные скорости распространения. Дисперсия может приводить к искажению формы и фазовой структуры звуковой волны.
Непрерывная волна
Если звуковая волна может раскачать препятствие – она его раскачивает, и вся энергия колебаний передаётся препятствию. Фазовое разложение является одним из важных процессов в изучении и анализе звуковой волны. процесс, при котором, во время кодирования непрерывного звукового сигнала, звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина амплитуды.
Основные понятия
Слайд 3 Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные. Непрерывная звуковая волна представляет собой последовательность сжатий и разрежений воздушных молекул, которые передаются в виде звука. * Частота дискретизации Временная дискретизация звука Временная кодировка. Временная дискретизация звука • Непрерывная звуковая волна разбивается на. Слайд 12Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные.
Физика 9 класс. §33 Отражение звука. Звуковой резонанс
Ведь, помимо всего прочего, разница между снимками может заключаться также в том, каким именно образом они были получены. К примеру, в одном случае снимок может быть несколько смягчен путем пропуска его через низкочастотный фильтр для получения промежуточных значений пикселей перед тем, как уменьшить размер, в то время как другое изображение может просто уменьшаться в размере, не внося в него при этом никаких дополнительных изменений и не получая промежуточных значений на границах объектов, где наблюдаются слишком резкие изменения яркости. Используется в гибридных вычислительных системах и цифровых устройствах при импульсно-кодовой модуляции сигналов в системах передачи данных. При передаче изображения используют для преобразования непрерывного аналогового сигнала в дискретный или дискретно-непрерывный сигнал. Обратный процесс называется восстановлением. При дискретизации только по времени, непрерывный аналоговый сигнал заменяется последовательностью отсчётов, величина которых может быть равна значению сигнала в данный момент времени. Согласно теореме Котельникова: где Алгоритмы передискретизации Наиболее просты алгоритмы изменения частоты дискретизации в целое число раз.
При уменьшении частоты дискретизации в N раз частота Найквиста половина частоты дискретизации становится в N раз ниже, то есть частотный диапазон сужается. Поэтому для предотвращения наложения спектра алиасинга применяют НЧ-фильтр, подавляющий все частотные составляющие выше будущей частоты Найквиста. После фильтрации отсчеты сигнала прореживаются в N раз. При этой операции спектр сигнала ниже новой частоты Найквиста остается неискаженным. Для увеличения частоты дискретизации в M раз сигнал сначала интерполируется «разбавляется» нулями. Это сохраняет неизменным спектр сигнала ниже частоты Найквиста, но создает копии спектра выше частоты Найквиста.
После этого возникшие копии спектра отфильтровываются НЧ-фильтром. Понятно, что параметры алгоритма определяются свойствами НЧ-фильтра. Гладкость АЧХ и ФЧХ фильтра в полосе пропускания обеспечивает неискаженную передачу сигнала в допустимом частотном диапазоне. Степень подавления в полосе подавления определяет, насколько будут подавлены помехи, не укладывающиеся в допустимый частотный диапазон при уменьшении частоты дискретизации, или насколько будут подавлены возникшие копии спектра при увеличении частоты. Переходная полоса фильтра покажет поведение фильтра вблизи частоты Найквиста для Audio-CD — вблизи 22 кГц. Форма импульсной характеристики фильтра покажет осцилляции, которые фильтр вносит в сигнал во временной области.
В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111. Качество оцифрованного звука Итак, чем больше частота дискретизации и глубина кодирования звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука и тем лучше можно приблизить оцифрованный звук к оригинальному звучанию. 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". Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла.
Можно легко оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука 16 битов, 24 000 измерений в секунду. Звуковые редакторы Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его.
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.
Такой процесс называется оцифровкой звука. Таким 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". Временная дискретизация звука Качество полученного звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. Чем большее количество измерений производится за 1 секунду, тем выше качество записанного звука.
Частота дискретизации звука — это количество измерений громкости звука за одну секунду. Одно измерение в секунду соответствует частоте 1Гц, 1000 измерений в секунду — 1 кГц. Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48000 измерений громкости звука за одну секунду. Глубина кодирования звука. Каждая звуковая карта характеризуется количеством распознаваемых уровней громкости звука, которое зависит от глубины кодирования звука.
Глубина кодирования звука измеряется в битах — это количество информации, которое необходимо для кодирования одного значения громкости цифрового звука. Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать.
Для записи аналогового звука и г го преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. 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. Глубина кодирования звука. Каждой «ступеньке» присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, 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. В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему — 1111111111111111. Качество оцифрованного звука. 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». Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла. Можно оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука 16 битов, 24 000 измерений в секунду. Последнее изменение: Tuesday, 11 November 2014, 12:57 Как это влияет на изображение? Конечно, повторяющиеся и регулярные структуры линий достаточно редко можно встретить на снимках различных природных объектов — их присутствие часто ограничивается снимками разнообразных искусственных сооружений, таких как здания и прочее.
Однако в любом случае глубина дискретизации может быть внушительной, поэтому этого эффекта всегда стоит избегать, занимаясь съемкой любых объектов.