Если звуковая волна может раскачать препятствие – она его раскачивает, и вся энергия колебаний передаётся препятствию.
Похожие файлы
- Дискретизация звука
- Дискретизация звука
- Видеоинформация
- На что разбивается непрерывная звуковая волна
- Дифракция света
Непрерывная волна
Слайд 9 Описание слайда: Временная дискретизация звука Непрерывная зависимость громкости звука от времени A t заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. Слайд 10 Описание слайда: Частота дискретизации это количество измерений громкости звука за одну секунду. Чем больше измерений производится за 1 секунду, тем точнее «лесенка» цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала. Слайд 11 Глубина кодирования звука это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука. Слайд 14 Описание слайда: Качество 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». Слайд 15 Описание слайда: Качество оцифрованного звука Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек режим «стерео».
Самый простой пример — рупор. Звуковые колебания распространяются не в разные стороны, а отражаясь от стенок рупора направляются в одну сторону более-менее сконцентрированным потоком. Рассмотрим камертон — он совершает колебания определённой частоты.
Если к нему добавить деревянную коробку, то собственные колебания деревянной коробки войдут в резонанс с колебаниями камертона, и на выходы мы услышим более громкий звук. Такое устройство называется резонатором. Пример практического использования — гитара, балалайка, виолончель, пианино и прочие струнные инструменты. В них есть струна, которая колеблется с определённой частотой, и корпус — который служит резонатором. Резонатор — устройство усиливающее звуковые колебания.
Вершина конуса располагается в носовой части. Волны распространяются от нее на большие расстояния. Слух человека, стоящего на земле, улавливает границы данного воображаемого конуса. Резкий скачок давления воспринимается как взрывообразный хлопок. С момента преодоления барьера звуковой удар постоянно сопровождает самолет. Однако хлопок будет слышно каждый раз, когда он пролетает над фиксированной точкой поверхности. Так как самолет движется быстрее звука, сперва наблюдатель услышит хлопок и только после этого шум двигателя. Звуковой удар достигает наблюдателя Интересный факт: с преодолением звукового барьера часто связывают возникновение белого облака в хвостовой части самолета. Однако к звуковому барьеру оно отношения не имеет. Речь идет об эффекте Прандтля-Глоерта — конденсации влаги сразу за движущимся самолетом. Проблемы сверхзвукового полета Как бы ни разгонялся обычный самолет, он не сможет длительное время лететь на сверхзвуковой скорости. Дозвуковые самолеты отличаются более плавными и округленными формами. А при полете на сверхзвуковой скорости возникают иные аэродинамические условия. Резко увеличивается сопротивление воздуха, корпус самолета нагревается из-за трения. В результате обычный самолет потеряет стабильное управление и может начать разрушаться прямо в воздухе.
Некоторые наивно рассуждают, что данный эффект носит кратковременный характер. Редкие свидетели этого явления думают, что гром и грохот возникают именно в момент преодоления звукового барьера, а далее ни чего интересного в движении самолета не наблюдается. В на самом деле процессы, сопровождающие полет самолета на сверхзвуке и в дальнейшем, несут в себе массу интересных явлений. Во-первых, звуковая ударная волна после преодоления самолетом, сверхзвукового барьера никуда не исчезает. Она как бы продолжает следовать за самолетом, причем ее воздействие на окружающую атмосферу и предметы тем сильнее чем быстрее летит самолет. Конус фронта звуковой ударной волны тем острее, чем быстрее летит самолет. При скоростях полета в районе 1. Двигаясь на сверхзвуке самолет как бы тащит ударную звуковую волну за собой. Внешне это явление очень напоминает след, который оставляет корабль двигаясь по воде.
Хлопок при переходе самолета на сверхзвук — это миф. Причина «взрыва» совсем другая
Разложение звуковой волны на составляющие частоты Каждая непрерывная звуковая волна может быть разложена на составляющие частоты при помощи математической процедуры, называемой преобразованием Фурье. Этот процесс позволяет нам разделить сложную звуковую волну на отдельные частоты, которые составляют ее спектр. Преобразование Фурье основывается на идее, что сложная волна может быть представлена как сумма более простых синусоидальных волн с разными частотами, амплитудами и фазами. Используя этот подход, мы можем анализировать звуковую волну и определить, какие конкретные частоты присутствуют в ней и с какой амплитудой. Разложение звуковой волны на спектр частот позволяет нам лучше понять ее структуру и характеристики. Например, мы можем определить основные и гармонические компоненты в звуке, их амплитуды и относительные частоты. Это полезно для анализа и синтеза звуковых сигналов, а также для исследования и понимания работы слуховой системы. Преобразование Фурье является одним из основных инструментов в области цифровой обработки сигналов и акустики. Оно находит широкое применение во многих областях, включая аудиоинженерию, музыкальное производство, компьютерную графику и науку о звуке. Амплитуда и длина волны как ключевые характеристики Амплитуда звуковой волны отображает ее мощность или интенсивность. Она определяется величиной колебаний частиц среды, через которую проходит волна.
Чем выше амплитуда, тем громче звук воспринимается человеком. Амплитуда измеряется в децибелах дБ и может варьироваться от нуля до максимально возможного уровня.
Мультибитный ЦАП можно представить как принтер, способный наносить цвет пантоновыми красками.
Дельта-Сигма — это струйный принтер с ограниченным набором цветов, но благодаря возможности нанесению очень мелких точек в сравнении с пантовым принтером , за счет разной плотности точек на единицу поверхности дает больше оттенков. На изображении мы обычно не видим отдельных точек из-за низкой разрешающей способности глаза, а только средний тон. Аналогично и ухо не слышит импульсов по отдельности.
В конечном итоге при текущих технологиях в импульсных ЦАП можно получить волну, близкую к той, что теоретически должна получится при аппроксимации промежуточных координат. Надо отметить, что после появления дельта-сигма ЦАП исчезла актуальность рисовать «цифровую волну» ступеньками, так как так ступеньками волну современные ЦАП не строят. Правильно дискретный сигнал строить точками соединенной плавной линией.
Являются ли идеальными импульсные ЦАП? Но на практике не все безоблачно, и существует ряд проблем и ограничений. Основной функцией современных импульсных ЦАП является перевод многоразрядного сигнала в однобитный с относительно невысокой несущей частотой с прореживанием данных.
В основном именно эти алгоритмы и определяют конечное качество звучания импульсных ЦАП-ов. Чтобы уменьшить проблему высокой несущей частоты, звуковой поток разбивается на несколько однобитных потоков, где каждый поток отвечает за свою группу разряда, что эквивалентно кратному увеличению несущей частоты от числа потоков. Такие ЦАП называются мультибитными дельта-сигма.
Сегодня импульсные ЦАП-ы получили второе дыхание в быстродействующих микросхемах общего назначения в продуктах компаний NAD и Chord за счет возможности гибко программировать алгоритмы преобразования. Формат DSD После широкого распространения дельта-сигма ЦАП-ов вполне логичным было и появления формата записи двоичного кода напрямую дельта-сигма кодировке. Широкого распространения формат не получил по нескольким причинам.
Редактирование файлов в этом формате оказалось излишне ограниченным: нельзя микшировать потоки, регулировать громкость и применять эквализацию. А это значит, что без потери качества можно лишь архивировать аналоговые записи и производить двухмикрофонную запись живых выступлений без последующей обработки. Одним словом — денег толком не заработать.
В борьбе с пиратством диски формата SA-CD не поддерживались и не поддерживаются до сих пор компьютерами, что не позволяет делать их копии. Нет копий — нет широкой аудитории.
Измеряется в битах bit. Звуковая информация хранится в виде значений амплитуды, взятых в определенные моменты времени т. Для оцифровки звука используются специальные устройства: аналого-цифровой преобразователь АЦП и цифро-аналоговый преобразователь ЦАП. Для того чтобы записать звук на какой-нибудь носитель, его нужно преобразовать в электрический сигнал. Это делается с помощью микрофона. Микрофоны имеют мембрану, которая колеблется под воздействием звуковых волн.
Это полезно для анализа и синтеза звуковых сигналов, а также для исследования и понимания работы слуховой системы. Преобразование Фурье является одним из основных инструментов в области цифровой обработки сигналов и акустики. Оно находит широкое применение во многих областях, включая аудиоинженерию, музыкальное производство, компьютерную графику и науку о звуке. Амплитуда и длина волны как ключевые характеристики Амплитуда звуковой волны отображает ее мощность или интенсивность. Она определяется величиной колебаний частиц среды, через которую проходит волна. Чем выше амплитуда, тем громче звук воспринимается человеком. Амплитуда измеряется в децибелах дБ и может варьироваться от нуля до максимально возможного уровня.
Длина волны представляет собой расстояние между двумя последовательными точками, имеющими одну и ту же фазу колебаний. Она связана с частотой звуковой волны и скоростью распространения волны в среде. Чем меньше длина волны, тем выше частота и выше звук воспринимается человеком. Длина волны обычно измеряется в метрах м или ее кратных величинах, таких как миллиметры мм или сантиметры см. Амплитуда и длина волны тесно связаны между собой. Высокая амплитуда может создавать звуки с большей энергией и мощностью, в то время как короткая длина волны может создавать звуки с более высокой частотой и высокими тональными характеристиками.
Структура и соотношение компонентов непрерывной звуковой волны
- Непрерывная зависимость
- Презентация 10 -8 Кодирование звуковой информации С
- Что такое скорость звука?
- Что происходит в процессе кодирования непрерывного звукового сигнала?
- Почему слышен хлопок при переходе на сверхзвук
- Непрерывная волна
Основные компоненты структуры звуковых волн
- Что происходит в процессе кодирования непрерывного звукового сигнала?
- Смысл и значение непрерывной звуковой волны
- Непрерывная зависимость
- Форма, частота и амплитуда волны
- Дисперсия света
- Преобразование непрерывной звуковой волны в последовательность - 11702-38
Представление звуковой информации в памяти компьютера
Временная дискретизация звука • Непрерывная звуковая волна разбивается на. Для этого, непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. При разложении непрерывной звуковой волны на гармоники получается спектр колебаний, который определяет тональный состав звука. Во-первых, звуковая ударная волна после преодоления самолетом, сверхзвукового барьера никуда не исчезает. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные участки по времени, для каждого устанавливается своя величина амплитуды. Составляющие непрерывной звуковой волны Непрерывная звуковая волна может быть разбита на несколько составляющих, которые определяют основные характеристики звука.
Непрерывная зависимость
В статье мы расскажем, что препятствует распространению звука, но прежде разберемся, что собой представляет звуковая волна. Во-первых, звуковая ударная волна после преодоления самолетом, сверхзвукового барьера никуда не исчезает. Временная дискретизация звука • Непрерывная звуковая волна разбивается на. Временная дискретизация звука • Непрерывная звуковая волна разбивается на.
Дифракция и дисперсия света. Не путать!
Качество звука в дискретной форме может быть очень плохим при 8 битах и 5,5 кГц и очень высоким при 16 битах и 48 КГц. Оценим информационный объем цифрового стереозвукового файла длительность звучания 1 секунда при глубине 16 бит и частоте дискретизации 24 кГц. Решите задачи: 1. Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 65 536 возможных уровней интенсивности сигнала? Оцените информационный объем цифрового монозвукового файла длительностью 10 секунд при звуковой карте 8 бит и частоте дискретизации 8000 измерений в секунду.
Объем звукового файла 5,25 Мбайт, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания этого файла примерно , записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц? Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мбайт, разрядность звуковой платы — 8 бит. С какой частотой дискретизации записан звук?
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. Оказывается, к таким величинам тоже может быть применена вариация анализа Фурье.
Для разложения в ряд Фурье сигналов, описанных их дискретными значениями, применяют Дискретное Преобразование Фурье ДПФ — специально созданная разновидность анализа Фурье. БПФ очень широко используется буквально во всех областях науки и техники. Частотные составляющие спектра - это синусоидальные колебания так называемые чистые тона , каждое из которых имеет свою собственную амплитуду, частоту и фазу. Любое, даже самое сложное по форме колебание например, звук голоса человека , можно представить в виде суммы простейших синусоидальных колебаний определенных частот и амплитуд. На рис.
На графике по оси абсцисс откладывается время, а по оси ординат - амплитуда волны измеренная в децибелах. Спектр этого звукового сигнала представлен в виде графика на рис. На графике спектра по оси абсцисс откладывается частота спектральных составляющих измеренная в Гц , а по оси ординат — амплитуда этих спектральных составляющих. Обратим внимание на один очень важный момент: даже самую сложную зависимость функцию спектральное разложение превращает в некоторый математический ряд строго определенного вида ряд может быть конечным и бесконечным. Таким образом, спектральное разложение как бы преобразует график в график: график функции превращается в график спектра функции.
А что, если наша функция — это звуковой сигнал некоторой длительности? Выходит, что в результате спектрального преобразования он тоже превратится в статичную картинку спектра; таким образом, информация о временных изменениях будет утеряна — перед нами будет единый статичный спектр всего сигнала. Как же проследить динамику изменения спектра сигнала во времени? Чтобы получить представление об изменении спектра во времени, аудио сигнал необходимо анализировать не целиком, а по частям говорят «блоками» или «окнами». Например, трехсекундный аудио сигнал можно разбить на 30 блоков.
Нужно учитывать, однако, что чем меньше анализируемый блок сигнала, тем менее точен менее информативен спектр этого блока. Таким образом, при проведении спектрального анализа мы сталкиваемся с дилеммой, решение которой строго индивидуально для каждого конкретного случая. Стремясь получить высокое временное разрешение, с тем, чтобы суметь распознать изменения спектра сигнала в динамике, мы «дробим» анализируемый сигнал на большое количество блоков, но при этом для каждого получаем огрубленный спектр. И наоборот, стремясь получить как можно более точный и ясный спектр, нам приходится жертвовать временным разрешением и делить сигнал на меньшее количество блоков. Эта дилемма называется принципом неопределенности спектрального анализа.
Психоакустика Слуховая система человека — сложный и вместе с тем очень интересно устроенный механизм. Чтобы более ясно представить себе, что для нас есть звук, нужно разобраться с тем, что и как мы слышим. В анатомии ухо человека принято делить на три составные части: наружное ухо, среднее ухо и внутреннее ухо. К наружному уху относится ушная раковина, помогающая сконцентрировать звуковые колебания, и наружный слуховой канал. Звуковая волна, попадая в ушную раковину, проходит дальше, по слуховому каналу его длина составляет около 3 см, а диаметр - около 0.
Барабанная перепонка преобразует звуковую волну в вибрации усиливая эффект от слабой звуковой волны и ослабляя от сильной. Эти вибрации передаются по присоединенным к барабанной перепонке косточкам - молоточку, наковальне и стремечку — во внутреннее ухо, представляющее собой завитую трубку с жидкостью диаметром около 0. Эта трубка называется улиткой.
При аналоговой записи на носителе размещается непрерывный «слепок» звуковой волны.
Так, на грампластинке пропечатывается непрерывная канавка, изгибы которой повторяют амплитуду и частоту звука, а на магнитной ленте параметры звука сохраняются в виде намагниченности рабочей поверхности, а степень намагниченности непрерывно изменяется, повторяя параметры звука. В компьютерах применяется исключительно цифровая форма записи звука. При цифровой записи звук необходимо подвергнуть временной дискретизации и квантованию. 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.
Кадр рассматривается как множество пикселей, каждый кадр кодируется, совокупность всех кадров описывает видео. Основными характеристиками частота кадров скорость воспроизведения кадров в секунду ; экранное разрешение количество пикселей на экране ; глубина цвета количество бит на пиксель.
Для того чтобы определить, какой объем памяти требуется для хранения видеоинформации, необходимо воспользоваться следующей формулой: , где I — искомый объем видеоданных, H и W — высота и ширина изображения в пикселях, — частота кадров в секунду, t — продолжительность передачи видео в секундах, i — глубина цвета. Если же на видео накладывается звук, то к объему видео необходимо прибавить объем памяти, необходимый для хранения звуковой информации. Пусть необходимо определить объем видео с разрешением кадра 320х576 пикселей с глубиной цвета 24 бит, частотой кадра 25 и длительностью 3 минуты, причем известно, что частота дискретизации стереозвука, наложенного на видео равна 11250 Гц, а количество уровней громкости составляет. Информационный объем видео равен:.
На границе звукового барьера: что вы об этом знаете?
Причина заключается в том, что звуковая волна является настолько длинной, что ей нужно 1/20 секунды, чтобы достичь Вашего уха. Информационный объём звукового файла зависит от: частоты дискретизации тактовой. это наибольшая величина звукового давления при сгущениях и разряжениях. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определённая величина интенсивности звука.