Kolom tersebut berisi perkiraan volume file audio. Pengkodean dan pemrosesan informasi audio
Baca juga
Dengan amplitudo dan frekuensi yang bervariasi. Semakin tinggi amplitudo sinyal, semakin keras sinyal tersebut dirasakan oleh seseorang. Semakin tinggi frekuensi sinyal, semakin tinggi pula nadanya.
Gambar 1. Amplitudo getaran gelombang bunyi
Frekuensi gelombang suara ditentukan oleh jumlah getaran per detik. Nilai ini diukur dalam hertz (Hz, Hz).
Telinga manusia menangkap suara dalam rentang $20$ Hz hingga $20$ kHz, rentang ini disebut suara. Jumlah bit yang dialokasikan untuk satu sinyal suara disebut kedalaman pengkodean audio. Kartu suara modern memberikan kedalaman pengkodean audio $16-$, $32-$ atau $64-$bit. Selama proses pengkodean informasi audio sinyal kontinu diganti terpisah, yaitu diubah menjadi rangkaian pulsa listrik yang terdiri dari biner nol dan satu.
Kecepatan pengambilan sampel audio
Salah satu karakteristik penting dari proses pengkodean audio adalah laju pengambilan sampel, yang merupakan jumlah pengukuran tingkat sinyal per $1$ detik:
- satu pengukuran per detik setara dengan frekuensi $1$ gigahertz (GHz);
- $1000$ pengukuran per detik sama dengan frekuensi $1$ kilohertz (kHz).
Definisi 2
Kecepatan pengambilan sampel audio adalah jumlah pengukuran volume suara dalam satu detik.
Jumlah pengukuran dapat berkisar dari $8$ kHz hingga $48$ kHz, dengan nilai pertama sesuai dengan frekuensi siaran radio, dan nilai kedua sesuai dengan kualitas suara media musik.
Catatan 1
Semakin tinggi frekuensi dan kedalaman pengambilan sampel audio, semakin tinggi kualitas suara digital audio. Audio digital kualitas terendah yang sesuai dengan kualitasnya komunikasi telepon, ternyata ketika laju pengambilan sampel 8000 kali per detik, kedalaman pengambilan sampel adalah $8$ bit, yang setara dengan perekaman satu trek audio (mode mono). Kualitas suara digital tertinggi, yang setara dengan kualitas CD audio, dicapai ketika frekuensi pengambilan sampel adalah $48.000 kali per detik, kedalaman pengambilan sampel adalah $16$ bit, yang setara dengan perekaman dua trek audio (mode stereo).
Volume informasi file suara
Perlu diperhatikan bahwa semakin tinggi kualitasnya audio digital, semakin besar volume informasi file suara.
Mari kita perkirakan volume informasi file audio mono ($V$), ini dapat dilakukan dengan menggunakan rumus:
$V = N \cdot f \cdot k$,
dimana $N$ adalah total durasi suara, dinyatakan dalam detik,
$f$ - frekuensi pengambilan sampel (Hz),
$k$ - kedalaman pengkodean (bit).
Contoh 1
Misalnya, jika durasi suara adalah $1$ menit dan kita memiliki kualitas suara rata-rata dengan frekuensi pengambilan sampel $24$ kHz dan kedalaman pengkodean $16$ bit, maka:
$V=60 \cdot 24000 \cdot 16 \bit=23040000 \bit=2880000 \byte = 2812,5 \KB=2,75 \MB.$
Saat menyandikan audio stereo, proses pengambilan sampel dilakukan secara terpisah dan independen untuk saluran kiri dan kanan, sehingga meningkatkan volume berkas suara dua kali lebih banyak dari suara mono.
Contoh 2
Misalnya, mari kita perkirakan volume informasi file audio stereo digital, yang durasi suaranya sama dengan $1$ detik dengan kualitas suara rata-rata ($16$ bit, $24000$ pengukuran per detik). Untuk melakukannya, kalikan kedalaman pengkodean dengan jumlah pengukuran per $1$ detik dan kalikan dengan $2$ (suara stereo):
$V=16 \bit \cdot 24000 \cdot 2 = 768000 \bit = 96000 \byte = 93,75 \KB.$
Metode dasar pengkodean informasi audio
Ada berbagai metode untuk menyandikan informasi audio dengan kode biner, di antaranya ada dua arah utama: metode FM Dan Metode Tabel Gelombang.
metode FM (Modulasi Frekuensi) didasarkan pada fakta bahwa secara teoritis setiap suara kompleks dapat diuraikan menjadi rangkaian sinyal harmonik sederhana dengan frekuensi berbeda, yang masing-masing akan mewakili sinusoidal beraturan, yang berarti dapat dijelaskan dengan kode. Proses penguraian sinyal suara menjadi rangkaian harmonik dan representasinya dalam bentuk diskrit sinyal digital terjadi pada perangkat khusus yang disebut “konverter analog-ke-digital” (ADC).
Gambar 2. Mengubah sinyal audio menjadi sinyal diskrit
Gambar 2a menunjukkan sinyal audio pada masukan ADC, dan Gambar 2b menunjukkan sinyal diskrit yang sudah dikonversi pada keluaran ADC.
Untuk konversi terbalik saat memutar suara, yang disajikan dalam bentuk kode numerik, digunakan konverter digital-ke-analog (DAC). Proses konversi suara ditunjukkan pada Gambar. 3. Metode ini tidak menyediakan pengkodean kualitas yang baik terdengar, tetapi memberikan kode yang ringkas.
Gambar 3. Mengubah sinyal diskrit menjadi sinyal audio
Gambar 3a menunjukkan sinyal diskrit yang kita miliki pada masukan DAC, dan Gambar 3b menunjukkan sinyal audio pada keluaran DAC.
Metode gelombang meja (Meja Gelombang) didasarkan pada fakta bahwa tabel yang telah disiapkan sebelumnya menyimpan sampel suara dunia sekitar, alat musik, dll. Kode numerik menyatakan nada, durasi dan intensitas suara, serta parameter lain yang mencirikan fitur suara. Karena suara “nyata” digunakan sebagai sampel, kualitas suara yang diperoleh dari sintesis sangat tinggi dan mendekati kualitas suara alat musik asli.
Contoh format file audio
File suara tersedia dalam beberapa format. Yang paling populer adalah MIDI, WAV, MP3.
format MIDI(Antarmuka Digital Alat Musik) pada awalnya dimaksudkan untuk mengontrol alat musik. Saat ini digunakan di bidang alat musik elektronik dan modul komputer sintesis.
Format berkas audio WAV(bentuk gelombang) mewakili suara sewenang-wenang dalam bentuk representasi digital getaran suara asli atau gelombang suara. Semua standar Suara jendela memiliki ekstensi WAV.
format MPZ(MPEG-1 Audio Layer 3) adalah salah satu format digital untuk menyimpan informasi audio. Ini memberikan kualitas pengkodean yang lebih tinggi.
Memecahkan masalah pengkodean informasi audio.
- Bagian teoretis
Saat memecahkan masalah, siswa mengandalkan konsep-konsep berikut:
Pengambilan sampel waktu- suatu proses di mana, selama pengkodean sinyal audio kontinu, gelombang suara dibagi menjadi beberapa bagian waktu kecil yang terpisah, dan untuk setiap bagian tersebut nilai amplitudo tertentu ditetapkan. Semakin besar amplitudo sinyal, semakin keras suaranya.
Kedalaman suara (kedalaman pengkodean) - jumlah bit per pengkodean audio.
Banyaknya tingkat volume yang berbeda dihitung menggunakan rumus N= 2 SAYA , di mana saya adalah kedalaman suara.
Frekuensi pengambilan sampel– jumlah pengukuran level sinyal input per satuan waktu (per 1 detik). Semakin tinggi frekuensi pengambilan sampel, semakin besar lebih tepatnya prosedurnya pengkodean biner. Frekuensi diukur dalam Hertz (Hz).
Kualitas pengkodean biner adalah nilai yang ditentukan oleh kedalaman pengkodean dan frekuensi pengambilan sampel.
Lebar daftar- jumlah bit dalam register adaptor audio. Semakin besar kedalaman bit, semakin kecil kesalahan setiap konversi nilai individual arus listrik ke nomor dan kembali. Jika kedalaman bit sama dengan I, maka saat mengukur sinyal input 2 dapat diperoleh SAYA =N nilai berbeda.
- Bagian praktis. Analisis dan pemecahan masalah.
Masalah 1 . Perkirakan volume informasi file audio stereo digital yang berdurasi 20 detik dengan kedalaman pengkodean 16 bit dan frekuensi sampling 10.000 Hz? Sajikan hasilnya dalam KB, bulatkan ke ratusan terdekat.
Saat menyelesaikan masalah seperti itu, kita harus mengingat hal berikut:
Itu mono - 1 saluran, stereo - 2 saluran
Masalah 2 . Tentukan ukuran (dalam byte) file audio digital yang waktu pemutarannya 10 detik pada laju sampling 22,05 kHz dan resolusi 8 bit.
Diberikan: I = 8 bit = 1 byte t = 10 detik = 22,05 kHz = 22,05 * 1000 Hz = 22050 Hz | I - kedalaman bit kartu suara, t - waktu pemutaran file audio, η - frekuensi pengambilan sampel | Larutan: V(Informasikan.) = I · η ·t V(Informasikan.) = 22050 *10 *1 = 220500 byte Jawaban: V(Inform.) = 220500 byte |
Menemukan: V(volume informasi)-? |
Memecahkan masalah pengkodean informasi audio
I. Ukuran file digital
1. Tentukan ukuran (dalam byte) file audio digital yang waktu pemutarannya 10 detik pada sampling rate 22,05 kHz dan resolusi 8 bit. File tidak dikompresi. (, halaman 156, contoh 1)
Larutan:
Rumus untuk menghitung ukuran(dalam byte)berkas audio digital:SEBUAH=D*T*I/8.
Untuk mengonversi ke byte, nilai yang dihasilkan harus dibagi 8 bit.
22,05 kHz =22,05 * 1000Hz =22050Hz
A=D*T*I/8 =22050 x 10 x 8/8 = 220500 byte.
^ Jawaban: Ukuran file adalah 220500 byte.
2. Tentukan jumlah memori untuk menyimpan file audio digital yang waktu pemutarannya adalah dua menit pada frekuensi sampling 44,1 kHz dan resolusi 16 bit. (, hal.157, no.88)
Larutan:
SEBUAH=D*T*I/8. – jumlah memori untuk menyimpan file audio digital.
44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (bit) / 8 (bit) = 10584000 byte = 10335,9375 KB = 10,094 MB.
Jawaban: ≈ 10MB
6. Perekaman file audio digital selama dua menit membutuhkan ruang disk 5,1 MB. Frekuensi pengambilan sampel - 22050 Hz. Berapa kedalaman bit adaptor audio?
Larutan:
Rumus untuk menghitung kedalaman bit: (kapasitas memori dalam byte): (waktu bunyi dalam hitungan detik): (frekuensi sampling):
5,1 MB= 5347737,6 byte
5347737,6 byte: 120 detik: 22050 Hz= 2,02 byte = 16 bit
^
Jawaban: 16 bit
8.
Perkirakan volume informasi file audio mono dengan durasi suara 1 menit. jika “kedalaman” pengkodean dan frekuensi pengambilan sampel sinyal audio masing-masing sama:
a) 16 bit dan 8 kHz;
b) 16 bit dan 24 kHz.
Larutan:
A).
16 bit x 8.000 = 128.000 bit = 16.000 byte = 15,625 KB/s
15,625 KB/detik x 60 detik = 937,5 KB
B).
1) Volume informasi file suara yang berdurasi 1 detik sama dengan:
16 bit x 24.000 = 384.000 bit = 48.000 byte = 46,875 KB/s
2) Volume informasi file suara yang berdurasi 1 menit sama dengan:
46,875 KB/detik x 60 detik = 2812,5 KB = 2,8 MB
^ Jawaban: a) 937,5 KB; b) 2,8MB
9. Berapa banyak memori yang diperlukan untuk menyimpan file audio digital dengan rekaman suara berkualitas tinggi, asalkan waktu pemutarannya 3 menit?
Larutan:
Kualitas suara tinggi dicapai pada frekuensi sampling 44,1 kHz dan kedalaman bit adaptor audio 16.
Rumus untuk menghitung kapasitas memori: (waktu perekaman dalam detik) x (kapasitas kartu suara dalam byte) x (frekuensi sampling):
180 detik x 2 x 44100 Hz = 15876000 byte = 15,1 MB
Jawaban: 15,1MB
10. File audio digital berisi rekaman audio kualitas rendah(terdengar gelap dan teredam). Berapa durasi suatu file jika ukurannya 650 KB?
Larutan:
Parameter berikut ini khas untuk suara suram dan teredam: frekuensi sampling - 11,025 KHz, kedalaman bit adaptor audio - 8 bit (lihat Tabel 1). Maka T=A/D/I. Mari kita ubah volume menjadi byte: 650 KB = 665600 byte
Т=665600 byte/11025 Hz/1 byte ≈60,4 dtk
^ Jawaban: lama bunyinya 60,5 s
11. Perkirakan volume informasi file audio stereo berkualitas tinggi dengan durasi suara 1 menit, jika “kedalaman” pengkodean adalah 16 bit dan frekuensi sampling adalah 48 kHz. (, hal.74, contoh 2.54)
Larutan:
Volume informasi file suara yang berdurasi 1 detik sama dengan:
16 bit x 48.000 x 2 = 1.536.000 bit = 187,5 KB (dikalikan 2, karena stereo).
Volume informasi file suara yang berdurasi 1 menit sama dengan:
187,5 KB/detik x 60 detik ≈ 11 MB
Jawaban: 11MB
12. Hitung waktu pemutaran file audio mono jika, dengan pengkodean 16-bit dan frekuensi sampling 32 kHz, volumenya sama dengan:
a) 700 KB;
b) 6300 KB
Larutan:
A).
1) Volume informasi file suara yang berdurasi 1 detik sama dengan:
700 KB: 62,5 KB/dtk = 11,2 dtk
B).
1) Volume informasi file suara yang berdurasi 1 detik sama dengan:
16 bit x 32.000 = 512.000 bit = 64.000 byte = 62,5 KB/s
2) Waktu pemutaran file audio mono 700 KB adalah:
6300 KB: 62,5 KB/dtk = 100,8 dtk = 1,68 mnt
Jawaban: a) 10 detik; b) 1,5 menit.
13. Hitung berapa byte informasi yang menempati satu detik rekaman stereo pada CD (frekuensi 44032 Hz, 16 bit per nilai). Berapa lama waktu yang dibutuhkan dalam satu menit? Berapa kapasitas disk maksimum (dengan asumsi durasi maksimum 80 menit)?
Larutan:
Rumus untuk menghitung ukuran memoriSEBUAH=D*T*I:
(waktu perekaman dalam detik) * (kapasitas kartu suara dalam byte) * (frekuensi sampling). 16 bit -2 byte.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 byte (1 detik rekaman stereo di CD)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 byte (1 menit perekaman CD stereo)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 byte = 412800 KB = 403.125 MB (80 menit)
Jawaban: 88064 byte (1 detik), 5283840 byte (1 menit), 403.125 MB (80 menit)
^ II. Penentuan kualitas suara.
Untuk menentukan kualitas suara, Anda perlu mencari frekuensi sampling dan menggunakan tabel No.1
256 (2 8 ) tingkat intensitas sinyal - kualitas suara siaran radio, menggunakan 65536 (2 16 ) tingkat intensitas sinyal - kualitas suara CD audio. Frekuensi kualitas tertinggi berhubungan dengan musik yang direkam pada CD. Besarnya sinyal analog diukur dalam hal ini 44.100 kali per detik.
13. Tentukan kualitas suara (kualitas siaran radio, kualitas rata-rata, kualitas CD audio) jika diketahui volume file audio mono dengan durasi suara 10 detik. sama dengan:
a) 940 KB;
b) 157 KB.
Larutan:
A).
1) 940 KB = 962560 byte = 7700480 bit
2) 7700480 bit: 10 detik = 770048 bit/dtk
3) 770048 bps: 16 bit = 48128 Hz – laju pengambilan sampel – mendekati tertinggi 44,1 kHz
^
Jawab: Kualitas Audio CD
B).
1) 157 KB = 160768 byte = 1286144 bit
2) 1286144 bit: 10 detik = 128614,4 bit/dtk
3) 128614,4 bps: 16 bit = 8038,4 Hz
Jawaban: kualitas siaran
Jawaban: a) kualitas CD; b) kualitas siaran radio.
Saat memecahkan masalah, siswa mengandalkan konsep-konsep berikut:
Pengambilan sampel waktu – suatu proses di mana, selama pengkodean sinyal audio kontinu, gelombang suara dibagi menjadi beberapa bagian waktu kecil yang terpisah, dan untuk setiap bagian tersebut nilai amplitudo tertentu ditetapkan. Semakin besar amplitudo sinyal, semakin keras suaranya.
Kedalaman audio (kedalaman pengkodean) -jumlah bit per pengkodean audio.
tingkat volume (tingkat sinyal)- Suara dapat mempunyai tingkat volume yang berbeda-beda. Jumlah tingkat volume yang berbeda dihitung menggunakan rumus N= 2 SAYA Di manaSAYA– kedalaman suara.
Frekuensi pengambilan sampel – jumlah pengukuran level sinyal input per satuan waktu (per 1 detik). Semakin tinggi laju pengambilan sampel, semakin akurat prosedur pengkodean binernya. Frekuensi diukur dalam Hertz (Hz). 1 pengukuran per 1 detik -1 Hz.
1000 pengukuran dalam 1 detik 1 kHz. Mari kita nyatakan laju pengambilan sampel dengan hurufD. Untuk pengkodean, pilih salah satu dari tiga frekuensi:44,1KHz, 22,05KHz, 11,025KHz.
Dipercayai bahwa rentang frekuensi yang didengar seseorang berasal 20Hz hingga 20kHz.
Kualitas pengkodean biner –nilai yang ditentukan oleh kedalaman pengkodean dan frekuensi pengambilan sampel.
Adaptor audio (kartu suara) – alat yang mengubah getaran listrik frekuensi suara menjadi kode biner numerik saat memasukkan suara dan sebaliknya (dari kode numerik menjadi getaran listrik) saat memutar suara.
Spesifikasi adaptor audio:frekuensi pengambilan sampel dan kedalaman bit register.).
Ukuran daftar - jumlah bit dalam register adaptor audio. Semakin besar kapasitas digitnya maka semakin kecil pula kesalahan setiap individu dalam mengkonversi besaran kuat arus listrik menjadi suatu bilangan dan sebaliknya. Jika kedalaman bitnya SAYA, maka pada saat pengukuran dapat diperoleh sinyal input 2SAYA = N arti yang berbeda.
Ukuran file audio mono digital (A) diukur dengan rumus:
A= D* T* SAYA/8 , Di manaD – frekuensi pengambilan sampel (Hz),T– waktu pemutaran atau perekaman suara,SAYAlebar register (resolusi). Menurut rumus ini, ukurannya diukur dalam byte.
Ukuran file audio stereo digital (A) diukur dengan rumus:
A=2* D* T* SAYA/8 , sinyal direkam untuk dua speaker, karena saluran suara kiri dan kanan dikodekan secara terpisah.
Berguna bagi siswa untuk memberikan Tabel 1, menunjukkan berapa MB yang akan ditempati oleh satu menit informasi audio yang dikodekan pada tingkat pengambilan sampel yang berbeda:
1. Ukuran file digital
Tingkat "3"
1. Tentukan ukuran (dalam byte) file audio digital yang waktu pemutarannya 10 detik pada sampling rate 22,05 kHz dan resolusi 8 bit. File tidak dikompresi. (, halaman 156, contoh 1)
Larutan:
Rumus untuk menghitung ukuran (dalam byte) berkas audio digital: A= D* T* SAYA/8.
Untuk mengonversi ke byte, nilai yang dihasilkan harus dibagi 8 bit.
22,05 kHz =22,05 * 1000Hz =22050Hz
A= D* T* SAYA/8 = 22050 x 10 x 8/8 = 220500 byte.
Jawaban: Ukuran file adalah 220500 byte.
2. Tentukan jumlah memori untuk menyimpan file audio digital yang waktu pemutarannya adalah dua menit pada frekuensi sampling 44,1 kHz dan resolusi 16 bit. (, hal.157, no.88)
Larutan:
A= D* T* SAYA/8. – jumlah memori untuk menyimpan file audio digital.
44100 (Hz) x 120 (s) x 16 (bit) / 8 (bit) = 10584000 byte = 10335,9375 KB = 10,094 MB.
Jawaban: ≈ 10MB
Tingkat "4"
3. Pengguna memiliki kapasitas memori 2,6 MB. Penting untuk merekam file audio digital dengan durasi suara 1 menit. Berapa frekuensi pengambilan sampel dan kedalaman bitnya? (, hal.157, no.89)
Larutan:
Rumus untuk menghitung frekuensi sampling dan kedalaman bit: D* I =A/T
(kapasitas memori dalam byte) : (waktu terdengar dalam hitungan detik):
2,6 MB = 2726297,6 byte
D* I =A/T= 2726297,6 byte: 60 = 45438,3 byte
D=45438,3 byte: I
Lebar adaptor bisa 8 atau 16 bit. (1 byte atau 2 byte). Oleh karena itu frekuensi sampling dapat berupa 45438,3 Hz = 45,4 kHz ≈ 44,1 kHz–frekuensi pengambilan sampel karakteristik standar, atau 22719,15 Hz = 22,7 kHz ≈ 22,05 kHz- tingkat pengambilan sampel karakteristik standar
Menjawab:
Frekuensi pengambilan sampel | Kapasitas adaptor audio |
|
1 pilihan | 22,05 kHz | 16 sedikit |
Pilihan 2 | 44,1 kHz | 8 sedikit |
4. Jumlah memori bebas pada disk adalah 5,25 MB, kedalaman bit kartu suara adalah 16. Berapa durasi suara file audio digital yang direkam dengan frekuensi sampling 22,05 kHz? (, hal.157, no.90)
Larutan:
Rumus menghitung durasi bunyi: T=A/D/I
(kapasitas memori dalam byte) : (frekuensi sampling dalam Hz) : (kapasitas kartu suara dalam byte):
5,25 MB = 5505024 byte
5505024 byte: 22050 Hz: 2 byte = 124,8 detik
Jawaban: 124,8 detik
5. Satu menit merekam file audio digital membutuhkan 1,3 MB ruang disk, kedalaman bit kartu suara adalah 8. Pada kecepatan pengambilan sampel berapa suara direkam? (, hal.157, no.91)
Larutan:
Rumus untuk menghitung sampling rate: D = A/T/I
(kapasitas memori dalam byte) : (waktu perekaman dalam detik) : (kapasitas kartu suara dalam byte)
1,3 MB = 1363148,8 byte
1363148,8 byte: 60:1 = 22719,1 Hz
Jawaban: 22,05 kHz
6. Perekaman file audio digital selama dua menit membutuhkan ruang disk 5,1 MB. Frekuensi pengambilan sampel - 22050 Hz. Berapa kedalaman bit adaptor audio? (, hal.157, no.94)
Larutan:
Rumus untuk menghitung kedalaman bit: (kapasitas memori dalam byte): (waktu bunyi dalam hitungan detik): (frekuensi sampling):
5,1 MB= 5347737,6 byte
5347737,6 byte: 120 detik: 22050 Hz= 2,02 byte = 16 bit
Jawaban: 16 bit
7. Jumlah memori bebas pada disk adalah 0,01 GB, kedalaman bit kartu suara adalah 16. Berapa durasi suara file audio digital yang direkam dengan frekuensi sampling 44100 Hz? (, hal.157, no.95)
Larutan:
Rumus menghitung durasi bunyi T=A/D/I
(kapasitas memori dalam byte) : (frekuensi sampling dalam Hz) : (kapasitas kartu suara dalam byte)
0,01 GB = 10737418,24 byte
10737418,24 byte: 44100: 2 = 121,74 detik = 2,03 menit
Jawaban: 20,3 menit
8. Perkirakan volume informasi file audio mono dengan durasi suara 1 menit. jika “kedalaman” pengkodean dan frekuensi pengambilan sampel sinyal audio masing-masing sama:
a) 16 bit dan 8 kHz;
b) 16 bit dan 24 kHz.
(, hal.76, No.2.82)
Larutan:
A).
16 bit x 8.000 = 128.000 bit = 16.000 byte = 15,625 KB/s
15,625 KB/detik x 60 detik = 937,5 KB
B).
1) Volume informasi file suara yang berdurasi 1 detik sama dengan:
16 bit x 24.000 = 384.000 bit = 48.000 byte = 46,875 KB/s
2) Volume informasi file suara yang berdurasi 1 menit sama dengan:
46,875 KB/dtk x 60 dtk = 2812,5 KB = 2,8 MB
Jawaban: a) 937,5 KB; b) 2,8 MB
Tingkat "5"
Tabel 1 digunakan
9. Berapa banyak memori yang diperlukan untuk menyimpan file audio digital dengan rekaman suara berkualitas tinggi, asalkan waktu pemutarannya 3 menit? (, hal.157, no.92)
Larutan:
Kualitas suara tinggi dicapai pada frekuensi sampling 44,1 kHz dan kedalaman bit adaptor audio 16.
Rumus untuk menghitung kapasitas memori: (waktu perekaman dalam detik) x (kapasitas kartu suara dalam byte) x (frekuensi sampling):
180 detik x 2 x 44100 Hz = 15876000 byte = 15,1 MB
Jawaban: 15,1 MB
10. File audio digital berisi rekaman audio berkualitas rendah (suaranya gelap dan teredam). Berapa durasi suatu file jika ukurannya 650 KB? (, hal.157, no.93)
Larutan:
Parameter berikut ini khas untuk suara suram dan teredam: frekuensi sampling - 11,025 KHz, kedalaman bit adaptor audio - 8 bit (lihat Tabel 1). Maka T=A/D/I. Mari kita ubah volume menjadi byte: 650 KB = 665600 byte
Т=665600 byte/11025 Hz/1 byte ≈60,4 dtk
Jawaban: lama bunyinya 60,5 detik
Larutan:
Volume informasi file suara yang berdurasi 1 detik sama dengan:
16 bit x 48.000 x 2 = 1.536.000 bit = 187,5 KB (dikalikan 2, karena stereo).
Volume informasi file suara yang berdurasi 1 menit sama dengan:
187,5 KB/detik x 60 detik ≈ 11 MB
Jawaban: 11 MB
Jawaban: a) 940 KB; b) 2,8 MB.
12. Hitung waktu pemutaran file audio mono jika, dengan pengkodean 16-bit dan frekuensi sampling 32 kHz, volumenya sama dengan:
a) 700 KB;
b) 6300 KB
(, hal.76, No.2.84)
Larutan:
A).
1) Volume informasi file suara yang berdurasi 1 detik sama dengan:
700 KB: 62,5 KB/dtk = 11,2 dtk
B).
1) Volume informasi file suara yang berdurasi 1 detik sama dengan:
16 bit x 32.000 = 512.000 bit = 64.000 byte = 62,5 KB/s
2) Waktu pemutaran file audio mono 700 KB adalah:
6300 KB: 62,5 KB/dtk = 100,8 dtk = 1,68 mnt
Jawaban: a) 10 detik; b) 1,5 menit.
13. Hitung berapa byte informasi yang menempati satu detik rekaman stereo pada CD (frekuensi 44032 Hz, 16 bit per nilai). Berapa lama waktu yang dibutuhkan dalam satu menit? Berapa kapasitas disk maksimum (dengan asumsi durasi maksimum 80 menit)? (, hal.34, latihan No.34)
Larutan:
Rumus untuk menghitung ukuran memori A=
D*
T*
SAYA:
(waktu perekaman dalam detik) * (kapasitas kartu suara dalam byte) * (frekuensi sampling). 16 bit -2 byte.
1) 1s x 2 x 44032 Hz = 88064 byte (1 detik rekaman stereo di CD)
2) 60s x 2 x 44032 Hz = 5283840 byte (1 menit perekaman CD stereo)
3) 4800s x 2 x 44032 Hz = 422707200 byte = 412800 KB = 403.125 MB (80 menit)
Jawaban: 88064 byte (1 detik), 5283840 byte (1 menit), 403.125 MB (80 menit)
2. Penentuan kualitas suara.
Untuk menentukan kualitas suara, Anda perlu mencari frekuensi sampling dan menggunakan tabel No.1
256 (28) tingkat intensitas sinyal - kualitas suara siaran radio, menggunakan 65536 (216) tingkat intensitas sinyal - kualitas suara CD audio. Frekuensi kualitas tertinggi berhubungan dengan musik yang direkam pada CD. Besarnya sinyal analog diukur dalam hal ini 44.100 kali per detik.
Tingkat "5"
13. Tentukan kualitas suara (kualitas siaran radio, kualitas rata-rata, kualitas CD audio) jika diketahui volume file audio mono dengan durasi suara 10 detik. sama dengan:
a) 940 KB;
b) 157 KB.
(, hal.76, No.2.83)
Larutan:
A).
1) 940 KB = 962560 byte = 7700480 bit
2) 7700480 bit: 10 detik = 770048 bit/dtk
3) 770048 bps: 16 bit = 48128 Hz – frekuensi sampling – mendekati tertinggi 44,1 kHz
Jawab: Kualitas Audio CD
B).
1) 157 KB = 160768 byte = 1286144 bit
2) 1286144 bit: 10 detik = 128614,4 bit/dtk
3) 128614,4 bps: 16 bit = 8038,4 Hz
Jawaban: kualitas siaran
Jawaban: a) kualitas CD; b) kualitas siaran radio.
14. Tentukan panjang file audio yang dapat ditampung pada floppy disk 3,5”. Harap dicatat bahwa 2847 sektor 512 byte dialokasikan untuk menyimpan data pada floppy disk tersebut.
a) dengan kualitas suara rendah: mono, 8 bit, 8 kHz;
b) kapan berkualitas tinggi suara: stereo, 16 bit, 48 kHz.
(, hal.77, No.2.85)
Larutan:
A).
8 bit x 8.000 = 64.000 bit = 8.000 byte = 7,8 KB/s
3) Waktu pemutaran file audio mono dengan volume 1423,5 KB adalah:
1423,5 KB: 7,8 KB/dtk = 182,5 dtk ≈ 3 menit
B).
1) Volume informasi floppy disk sama dengan:
2847 sektor x 512 byte = 1457664 byte = 1423,5 KB
2) Volume informasi file suara yang berdurasi 1 detik sama dengan:
16 bit x 48.000 x 2= 1.536.000 bit = 192.000 byte = 187,5 KB/s
3) Waktu pemutaran file audio stereo 1423,5 KB adalah:
1423,5 KB: 187,5 KB/dtk = 7,6 dtk
Jawaban: a) 3 menit; b) 7,6 detik.
3. Pengkodean audio biner.
Saat memecahkan masalah, ia menggunakan materi teori berikut:
Untuk mengkodekan audio, sinyal analog ditunjukkan pada gambar
bidang tersebut dibagi menjadi garis vertikal dan horizontal. Partisi vertikal adalah pengambilan sampel sinyal analog (frekuensi pengukuran sinyal), partisi horizontal adalah kuantisasi berdasarkan tingkat. Artinya, dari jaring yang lebih halus– semakin baik kualitas perkiraan suara analog menggunakan angka. Kuantisasi delapan bit digunakan untuk mendigitalkan ucapan biasa ( percakapan telepon) dan siaran radio gelombang pendek. Enam belas-bit – untuk digitalisasi musik dan siaran radio VHF (gelombang ultra-pendek).
Tingkat "3"
15. Sinyal audio analog diambil sampelnya terlebih dahulu menggunakan 256 intensitas sinyal (kualitas suara siaran) dan kemudian menggunakan 65.536 intensitas sinyal (kualitas suara CD audio). Berapa kali perbedaan volume informasi suara digital? (, hal.77, No.2.86)
Larutan:
Panjang kode sinyal analog yang menggunakan 256 level intensitas sinyal adalah 8 bit, dan menggunakan 65536 level intensitas sinyal adalah 16 bit. Karena panjang kode satu sinyal menjadi dua kali lipat, volume informasi suara digital berbeda 2 kali lipat.
Jawaban: 2 kali.
Tingkat "4"
16. Menurut teorema Nyquist-Kotelnikov, agar sinyal analog dapat direkonstruksi secara akurat dari representasi diskritnya (dari sampelnya), frekuensi sampling harus setidaknya dua kali frekuensi audio maksimum sinyal tersebut.
· Berapa seharusnya tingkat pengambilan sampel suara yang dapat diterima manusia?
· Mana yang lebih tinggi: kecepatan pengambilan sampel ucapan atau kecepatan pengambilan sampel orkestra simfoni?
Tujuan: Untuk memperkenalkan siswa pada karakteristik perangkat keras dan perangkat lunak untuk bekerja dengan suara. Jenis kegiatan: menimba ilmu dari mata kuliah fisika (atau bekerja dengan buku referensi). (, hal.??, tugas 2)
Larutan:
Rentang frekuensi yang didengar manusia diyakini berkisar antara 20 Hz hingga 20 kHz. Jadi, menurut teorema Nyquist-Kotelnikov, agar sinyal analog dapat direkonstruksi secara akurat dari representasi diskritnya (dari sampelnya), Kecepatan pengambilan sampel harus setidaknya dua kali frekuensi audio maksimum sinyal tersebut. Maksimum frekuensi audio yang didengar seseorang adalah -20 KHz, yang berarti perangkat ra dan perangkat lunak harus memberikan sampling rate minimal 40 kHz, atau lebih tepatnya 44,1 kHz. Pemrosesan komputer atas suara orkestra simfoni melibatkan lebih banyak hal frekuensi tinggi pengambilan sampel daripada pemrosesan ucapan, karena rentang frekuensi dalam kasus orkestra simfoni jauh lebih besar.
Jawaban: tidak kurang dari 40 kHz, frekuensi sampling orkestra simfoni lebih tinggi.
Tingkat "5"
17. Gambar menunjukkan bunyi ucapan 1 detik yang direkam dengan alat perekam. Encode dalam kode digital biner dengan frekuensi 10 Hz dan panjang kode 3 bit. (, hal.??, tugas 1)
Larutan:
Pengkodean pada 10 Hz berarti kita harus mengukur nada 10 kali per detik. Mari kita pilih momen waktu yang berjarak sama:
Panjang kode 3 bit berarti 23 = 8 tingkat kuantisasi. Artinya, sebagai kode numerik untuk nada suara pada setiap momen waktu yang dipilih, kita dapat mengatur salah satu kombinasi berikut: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111. Hanya ada 8 dari Oleh karena itu, nada suara dapat diukur pada 8 " level":
Kami akan "membulatkan" nilai nada ke level terdekat yang lebih rendah:
Menggunakan metode ini pengkodean, kita mendapatkan hasil berikut (spasi disertakan untuk memudahkan persepsi): 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.
Catatan. Disarankan untuk menarik perhatian siswa pada betapa tidak akuratnya kode tersebut menyampaikan perubahan amplitudo. Artinya, laju pengambilan sampel 10 Hz dan tingkat kuantisasi 23 (3 bit) terlalu kecil. Biasanya, untuk suara (voice), dipilih frekuensi sampling 8 kHz, yaitu 8000 kali per detik, dan tingkat kuantisasi 28 (kode 8-bit).
Jawaban: 100 100 000 011 111 010 011 100 010 110.
18. Jelaskan mengapa tingkat kuantisasi, bersama dengan frekuensi pengambilan sampel, merupakan karakteristik utama representasi suara di komputer. Sasaran: untuk memantapkan pemahaman siswa tentang konsep “keakuratan representasi data”, “kesalahan pengukuran”, “kesalahan representasi”; Tinjau pengkodean biner dan panjang kode dengan siswa. Jenis kegiatan: bekerja dengan definisi konsep. (, hal.??, tugas 3)
Larutan:
Dalam geometri, fisika, dan teknologi, terdapat konsep “akurasi pengukuran”, yang erat kaitannya dengan konsep “kesalahan pengukuran”. Tapi ada juga konsepnya "presisi representasi". Misalnya, mengenai tinggi badan seseorang kita dapat mengatakan bahwa dia adalah: a) kira-kira. 2 m, b) sedikit lebih dari 1,7 m, c) sama dengan 1 m 72 cm, d) sama dengan 1 m 71 cm 8 mm. Artinya, 1, 2, 3 atau 4 digit dapat digunakan untuk menunjukkan tinggi badan yang diukur.
Hal yang sama berlaku untuk pengkodean biner. Jika hanya 2 bit yang digunakan untuk merekam nada suara pada saat tertentu, meskipun pengukurannya akurat, hanya 4 level yang dapat ditransmisikan: rendah (00), di bawah rata-rata (01), di atas rata-rata (01), di atas rata-rata ( 10), tinggi (11). Jika Anda menggunakan 1 byte, Anda dapat mentransfer 256 level. Bagaimana tingkat kuantisasi yang lebih tinggi, atau, yang sama dengan Semakin banyak bit yang dialokasikan untuk mencatat nilai yang diukur, semakin akurat nilai ini dikirimkan.
Catatan. Perlu diperhatikan bahwa alat ukur juga harus mendukung tingkat kuantisasi yang dipilih (tidak ada gunanya merepresentasikan panjang yang diukur dengan penggaris dengan pembagian desimeter dengan ketelitian hingga satu milimeter).
Jawaban: semakin tinggi tingkat kuantisasi, semakin akurat suara yang ditransmisikan.
Literatur:
[ 1] Informatika. Workshop buku soal dalam 2 jilid /Ed. ,: Volume 1. – Laboratorium Pengetahuan Dasar, 1999 – 304 hal.: sakit.
Workshop ilmu komputer dan teknologi informasi. tutorial untuk institusi pendidikan / , . – M.: Binom. Laboratorium Pengetahuan, 2002. 400 hal.: sakit.
Informatika di Sekolah: Tambahan jurnal “Informatika dan Pendidikan”. 4 - 2003. - M.: Pendidikan dan Informatika, 2003. - 96 hal.: sakit.
Dll. budaya informasi: informasi oding. Model informasi. Kelas 9-10: Buku teks untuk pendidikan umum lembaga pendidikan. - edisi ke-2. - M.: Bustard, 1996. - 208 hal.: sakit.
Senokosov tentang ilmu komputer untuk anak sekolah. - Yekaterinburg: “U-Factoria”, 2003. - 346. hal54-56.
Pengambilan sampel waktu suara.
Bunyi adalah gelombang bunyi yang amplitudo dan frekuensinya berubah-ubah secara terus menerus. Semakin besar amplitudo sinyal, semakin keras suara seseorang; semakin tinggi frekuensi sinyal, semakin tinggi nadanya. Agar komputer dapat memproses suara, sinyal audio kontinu harus diubah menjadi rangkaian pulsa listrik (biner dan nol).Dalam proses pengkodean sinyal audio kontinu, pengambilan sampel waktunya dilakukan. Gelombang suara kontinu dibagi menjadi bagian-bagian kecil sementara yang terpisah, dan untuk setiap bagian tersebut nilai amplitudo tertentu ditetapkan.
Diskritisasi adalah konversi sinyal kontinu menjadi sekumpulan nilai diskrit, yang masing-masing diberi kode biner tertentu.
Dengan demikian, ketergantungan amplitudo sinyal yang berkelanjutan terhadap waktu A(t) digantikan oleh urutan tingkat volume yang terpisah. Pada grafik, ini terlihat seperti mengganti kurva mulus dengan rangkaian “langkah”.
Setiap “langkah” diberi tingkat volume suara dan kodenya (1, 2, 3, dan seterusnya). Tingkat volume suara dapat dianggap sebagai serangkaian keadaan yang mungkin terjadi lagi tingkat volume akan disorot selama proses pengkodean, semakin banyak informasi yang dibawa oleh arti setiap tingkat dan semakin baik suaranya. Modern kartu suara
memberikan kedalaman pengkodean audio 16-bit. Jumlah level sinyal yang berbeda (status untuk pengkodean tertentu) dapat dihitung menggunakan rumus:
N=2 16 =65356[tingkat suara],
di mana I adalah kedalaman pengkodean.
Saat mengkodekan sinyal audio kontinu secara biner, sinyal tersebut digantikan oleh urutan level sinyal diskrit. Kualitas pengkodean bergantung pada jumlah pengukuran level sinyal per satuan waktu, yaitu frekuensi sampling. Semakin banyak pengukuran yang dilakukan dalam 1 detik (semakin tinggi frekuensi pengambilan sampel), semakin akurat prosedur pengkodean binernya.
Kualitas pengkodean audio biner ditentukan oleh kedalaman pengkodean dan laju pengambilan sampel.
Jumlah pengukuran per detik dapat berkisar antara 8000 hingga 96.000, yaitu frekuensi sampling sinyal audio analog dapat berkisar antara 8 hingga 96[kHz]. Pada frekuensi 8[kHz], kualitas sinyal audio sampel setara dengan kualitas siaran radio, dan pada frekuensi 96[kHz], dengan kualitas suara CD audio. Perlu juga diingat bahwa mode mono dan stereo dimungkinkan.
Volume informasi file suara
Untuk menentukan volume file audio V zf perlu mengalikan jumlah pengukuran K meas dengan kedalaman pengkodean (jumlah bit per level) V 1meas:V zf = K pengukuran * V 1 pengukuran
Dimana banyaknya pengukuran K meas bergantung pada:
Masalah 1
Pekerjaan rumah
1 Tentukan volume file audio stereo, pada frekuensi sampling (dd) [kHz], waktu suara (gg) [s] untuk pengkodean (mm)-bit.2 Tentukan waktu pemutaran dalam [s] file audio mono dengan volume sama dengan (yy) [KB], dengan kedalaman pengkodean (mm) [BIT] dan frekuensi sampling (dd) [kHz].
Dimana (dd) adalah tanggal lahir Anda, (mm) adalah bulan lahir Anda, (yy) adalah tahun lahir Anda.