84773

Кодирование и обработка звуковой информации

Конспект урока

Педагогика и дидактика

Цель: знакомство учащихся со звуковой информацией, способами кодирования и обработки звуковой информации в компьютере. Познавательные: осмыслить и усвоить принципы двоичного кодирования при оцифровке звука, формировать умения оценивать числовые параметры информационных объектов.

Русский

2015-03-21

61.5 KB

10 чел.

Тема урока: «Кодирование и обработка звуковой информации».

Форма проведения: урок информатики 10 класс.

Тип  занятия: урок изучения нового материала.

Цель: знакомство учащихся со звуковой информацией, способами кодирования и обработки звуковой информации в компьютере.

Задачи:

Познавательные: осмыслить и усвоить принципы двоичного кодирования при оцифровке звука, формировать умения оценивать числовые параметры информационных объектов. 

Развивающие: формировать умения использовать приобретенные знания в практической деятельности и повседневной жизни. 

Воспитательные: формировать коммуникационную культуру, воспитывать толерантность. 

Методы: 

объяснительно-иллюстрационный при объяснении нового материала;

репродуктивный, при работе с карточками;

частично-поисковый, при выполнении практической работы;

сотрудничество.

Технические и программные средства:

Компьютеры, проектор.

Программы: PowerPoint, Audacity 

Дидактический материал: 

презентация "Кодирование и обработка звуковой информации";

инструкционные карты для самостоятельной работы учащихся.

Ход урока

1. Организационный момент.

Проверка готовности класса.

2. Актуализация знаний учащихся.

(слайд 1)

У вас имеется кодовая таблица, с помощь которой расшифруйте, какое слово закодировано на экране. (ответ учеников) (Приложение1)

Вы отгадали ключевое слово темы урока. Вы знаете, что каждый символ в компьютере кодируется, представляется в двоичном коде. Как вы думаете, какая тема нашего урока? (ответы учеников) Кодирование и обработка звуковой информации.

- Что такое звук? (ответы учеников)

- Каким образом звук преобразуется из аналогово в цифровой? (ответы учеников)

- С помощью каких устройств происходит преобразование звука? (ответы учеников)

- Какие вы знаете форматы звуковых файлов. В чем их сходство и отличие? (ответы учеников) Сегодня на уроке мы подтвердим или опровергнем ваши предположения.

3. Новый материал.

(слайд 2)

Из курса физики вам известно, что звук - это волнообразное давление воздуха. Если бы не было воздуха, мы бы не слышали никакого звука. В космосе нет звука.

Мы слышим звук потому, наши уши чувствительны к изменению давления воздуха - звуковым волнам. Когда вы хлопаете в ладоши, воздух между ладонями выталкивается и создается звуковая волна. Повышенное давление заставляет молекулы воздуха распространяться во все стороны со скоростью звука, который равен 340 м/с. Когда волна достигает уха, она заставляет вибрировать барабанную перепонку, с которой сигнал передается в мозг и вы слышите хлопок. Хлопок - это короткое одиночное колебание, которое быстро затухает.

(слайд 3)

Для человека звук тем громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала.

(слайд 4)

Компьютер - устройство цифровое, поэтому непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в последовательность электрических импульсов (нулей и единиц). Оцифровку звука выполняет специальное устройство на звуковой плате. Называется оно аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Обратный процесс - воспроизведение закодированного звука производится с помощью цифро-аналогового преобразователя (ЦАП).

(слайд 5)

Весь процесс кодирования и декодирования можно представить в виде следующей схемы.

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его дискретизация по времени, или, как говорят, "временная дискретизация".

(слайд 6)

Рассмотрим плоскость, на которой графически представлена звуковая волна, она разбивается на горизонтальные и вертикальные линии. Горизонтальные линии - это уровни громкости, а вертикальные - количество измерений за 1 секунду или частота дискретизации (Гц). Такой способ позволяет заменить непрерывную зависимость на дискретную последовательность уровней громкости, каждой из которых присваивается значение в двоичном коде.

Таким образом, гладкая кривая заменяется на последовательность "ступенек". Каждой "ступеньке" присваивается значение громкости звука. Чем больше "ступенек", тем большее количество уровней громкости будет выделено в процессе кодирования, и тем большее количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание.

(слайд 7)

Качество звука зависит от двух характеристик - глубины кодирования звука и частоты дискретизации. Рассмотрим эти характеристики.

Глубина кодирования звука (b) - это количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала или состояний. Тогда общее количество таких состояний или уровней (K) можно вычислить по формуле:K=2b.

Современные звуковые карты обеспечивают 16-битную глубину кодирования звука, и тогда общее количество различных уровней будет: K = 2 16= 65536.

Частота дискретизации (H) - это количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени. Эта характеристика показывает качество знания и точность процедуры двоичного кодирования. Измеряется в герцах (Гц).

Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц, 1000 измерений за одну секунду - 1 килогерц (кГц). Частота дискретизации звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц - качеству звучания аудио-CD.

Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44 кГц и глубины кодирования звука, равной 16 бит. Для мрачного, приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации - 11 кГц, глубина кодирования - 8 бит.

Параметр Качество звука

Глубина кодирования

Частота дискретизации

Радиотрансляция

8 бит

До 8 кГц

Среднее качество

8 бит или 16 бит

8-48 кГц

Звучание CD-диска

16 бит

До 48 кГц

(слайд 8)

Для того, чтобы найти объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой:

I= H*b*t*k,

где H - частота дискретизации (в Гц),

b - глубина кодирования (в битах),

t - время звучания (в секундах),

k - режим (моно-1, стерео-2).

K=2 b,

где K - количество уровней громкости,

b - глубина звука (бит)

(слайд 9)

Задача: Рассчитайте объем стереоаудиофайла длительностью 20 секунд при 20-битном кодировании и частоте дискредитации 44.1 кГц.

Решение (слайд 10):

20 бит * 20 * 44100 * 2 = 35280000 бит = 4410000 байт = 4.41 Мб

(слайд 11)

Стандартные форматы звуковых файлов: MIDI, WAV, MP3. У каждого формата есть свои достоинства и недостатки.

(слайд 12)

Программы для работы со звуком.

Звуковые редакторы осуществляют запись, воспроизведение, редактирование звука, микширование (наложение звуковых дорожек друг на друга), применение звуковых эффектов (эхо, воспроизведение в обратном направлении и т.д.)

4. Обобщение и закрепление полученных знаний

(слайд 13)

Задача (самостоятельно). Учебник [1], показ решения на презентации.
Определить информационный объем цифрового аудио файла длительностью звучания которого составляет 10 секунда при частоте дискретизации 22,05 кГц и разрешении 8 битов.

Запись условия

t=10 сек

b=8 бит

H = 22,05 кГц

k =1

I=?

Решение

I= t ×b × H × k

I=10 ×8 × 22,05 × 1=

10 × 8 × 22 050 бит/8 = 220500 байт/1024 = 215,332/1024 Кбайт = 0,21 Мбайт

5. Практическая работа

Работа в группах. Класс делится на 2 группы. Первая группа работает за компьютерами, выполняя практическую работу 2), вторая, за партами работая с карточками (Приложение3).

6. Рефлексия

Учащимся предлагается написать мини-письмо с пожеланиями, отзывом о работе на уроке.

7. Домашнее задание. (Приложение4)

Решить задачи (проверка на следующем уроке)

Учебник [1]

№ 90

Определить объем памяти для хранения цифрового аудиофайла, время звучания которого составляет две минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрешении 16 битов.

Запись условия

t=2 мин

b= 16 бит

H = 44,1 кГц

k =1

I=?

Решение

I= t ×b× H  × 1

I=2×60 ×16 × 44,1 × 1=

(120 × 16 × 44 010) бит = 84672000 бит/8= 10584000байт/1024 = 10335,9375 Кбайт/1024 = 10,09 Мбайт

№ 91

В распоряжении пользователя имеется память объемом 2,6 Мб. Необходимо записать цифровой аудиофайл с длительностью звучания 1 минута. Какой должна быть частота дискретизации и разрядность?

Запись условия

I=2,6 Мб

t=1 мин

k =1

b= ?

H = ?

Решение

I= t ×b × H × 1; b × H = I / t

b × H = 2,6 Мб/1 мин. = 2,6×1024×1024×8 бит/ 60 сек=21810380,8/60=

363506,237

363506,237/8=45438,3

363506,237/16=22719,15

Ответ.

Если b=8 ,бит, то H =44,1 кГц.

Если b=16 бит, то H =22,05 кГц.

№ 92

Объем свободной памяти на диске — 5,25 Мб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 22,05 кГц?

№ 93

Одна минута записи цифрового аудиофайла занимает на диске 1,3 Мб, разрядность звуковой платы - 8. С какой частотой дискретизации записан звук?

№ 94

Какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?

№ 95

Цифровой аудиофайл содержит запись звука низкого качества (звук мрачный и приглушенный). Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб?

№ 96

Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,05 Мб. Частота дискретизации — 22 050 Гц. Какова разрядность аудиоадаптера?

№ 97

Объем свободной памяти на диске — 0,1 Гб, разрядность звуковой платы — 16. Какова длительность звучания цифрового аудиофайла, записанного с частотой дискретизации 44 100 Гц?

Ответы

№ 92. 124,8 секунды.

№ 93. 22,05 кГц.

№ 94. Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1 кГц и разрядности аудиоадаптера, равной 16. Требуемый объем памяти — 15,1 Мб.

№ 95. Для мрачного и приглушенного звука характерны следующие параметры: частота дискретизации — 11 кГц, разрядность аудиоадаптера — 8. Длительность звучания равна 60,5 с.

№ 96. 16 битов.

№ 97. 20,3 минуты.

8. Источники информации:

  1.  Информатика, задачник-практикум 1 том, (под редакцией И.Г.Семакина, Е.К. Хеннера )
  2.  Информатика и ИКТ. Профильный уровень : учебник для 10 класса
    Авторы: Семакин И. Г., Шеина, Т.Ю., Шестакова Л. В.
    Год издания: 2011
  3.  www.5byte.ru/9/0009.php 
  4.  www.inf777.narod.ru/inf_posobie_popova/razdel_4/4.6.3.htm 

втор: Калиниченко Н.Н.    МАОУ «Лицей №8»


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

34358. Особенности и основные направления научно-технического процесса и роль современных технологий 23 KB
  Особенности и основные направления научнотехнического процесса и роль современных технологий. 3ий этап информационных технологий . Особенности современного этапа: высокий темп развития наукоемких отраслей; модернизация отраслей; разработка и внедрения сберегающих технологий; малобезотходное производство; развитие компьютерных технологий; замена Тж на Тп . технологий.
34359. Программное управление технологическим процессом 26 KB
  Программное управление технологическим процессом Для современного производства характерна его компьютеризация или электронная автоматизация. Программное управление управление режимом работы объекта по заранее заданному алгоритму программе. Программное управление технологическим оборудованием и процессами охватывает управление движением машин механизмов транспортных средств и изменением параметров технологического процесса. К оборудованию с программным управлением относят: автоматические линии АЛ; станки с числовым программным...
34360. Промышленные роботы и их использование в технологии. Классификация, технико-экономическая оценка 24 KB
  Промышленные роботы и их использование в технологии. Роботы используются для автоматизации многих работ. Классификация роботов по характеру выполняемых операций технологические роботы – выполняют основные операции технол. вспомогательные подъёмнотранспортные роботы – выполняют действия типа взятьперенестиположить.
34361. Разновидности мембранных процессов и их характеристики 30 KB
  Процесс разделения основан на том что некоторые компоненты системы проходят через мембрану медленнее других или вовсе задерживаются. Эффективность разделения оценивается показателями селективность производительность коэффициент разделения. способ разделения обратным осмосом заключается в том что раствор под давлением 38 МПа подается на полупроводниковую мембрану пропускающую растворитель воду и задерживающую полностью или частично молекулы или ионы растворенного вещества. Метод применяется для опреснения соленых и очистки сточных...
34362. Основы лазерной технологии 23.5 KB
  Области применения: для выполнения тонких отверстий в рубиновых и алмазных камнях для часовой промышленности для записи и воспроизведения информации в медицинских обследованиях и лечении для резки и сварки миниатюрных деталей в микроэлектронике и электровакуумной промышленности для маркировки миниатюрных деталей для автовыжигания цифр букв изображений для нужд полиграфической промышленности для изготовления интегральных схем. Области применения: резка и сварка толстых стальных листов поверхностная закалка направление и легирование...
34363. Применение лазерной технологии для обработки резины, сборки металлов и интенсификации химических реакций 41 KB
  Применение лазерной технологии для обработки резины сборки металлов и интенсификации химических реакций. Основы технологии лазерной обработки В настоящее время разработаны следующие технологические процессы с использованием мощных лазеров: лазерная поверхностная термоообработка; лазерная сварка; лазерная размерная обработка; измерительная лазерная технология; лазерная интенсификация химических реакций. Технология лазерной термообработки Лазерная термообработка включает в себя процессы лазерной...
34364. Основы биотехнологии 27 KB
  Микроорганизмы характеризуются разнообразными физиологическими и биохимическими свойствами. Микроорганизмы широко распространены в природе в грамме почвы их может содержаться до 3 млрд. Существуют микроорганизмы способные усваивать азот синтезировать белок и др. Микроорганизмы играют важную роль в круговороте веществ в природе.
34365. Основные сведения о технологии и ее отраслях 26.5 KB
  в связи с развитием крупной машинной промышленности. Задача курса технологии состоит в изучении и выборе оптимальных видов технологических процессов сырья энергии топлива в определении эффективных направлений научнотехнического прогресса в промышленности. Современное развитие промышленности идет по пути увеличения масштабов производства совершенствования технического оснащения существующих предприятий возникновения новых технологических процессов. Для развития промышленности сегодняшнего дня характерны тенденции: Быстрый рост числа...
34366. Анализ разновидностей технологий и их характеристика 23.5 KB
  Наиболее распространенная классификация технологии по видам потребительских стоимостей. Машины выполняют функции посредников размещенного между человеком исполнителем технологии и предметом труда. В рамках производственного процесса выделяют базовые или основные технологии совокупность которых традиционно называют технологией производства и вспомогательные которые традиционно называют экономикой производства. Вспомогательные технологии призваны обслуживать базовые.