Двоичное кодирование и обработка звуковой информации

Тип учебного занятия: урок изучения нового материала.

Цели:

• Познавательные: осмысление и усвоение принципов двоичного кодирования при оцифровке звука, формирование умений оценивать числовые параметры информационных объектов.
• Развивающие: формирование умений использовать приобретенные знания в практической деятельности и повседневной жизни.
• Воспитательные: формирование коммуникационной культуры, воспитание толерантности.

Методы:

• объяснительно-иллюстрационный при объяснении нового материала;
• репродуктивный, при работе с карточками;
• частично-поисковый, при выполнении практической работы;
• методика сотрудничества.

Технические и программные средства:

• Компьютеры, проектор.
• Программы: PowerPoint, MS Office Excel, Audacity

Дидактический материал:

• презентация "Двоичное кодирование и обработка звуковой информации";
• инструкционные карты для самостоятельной работы учащихся;

1. Орг момент.

Проверка готовности класса.

<Презентация>

У вас имеется кодовая таблица, с помощь которой расшифруйте, какое слово закодировано на экране (слайд 1).(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) Двоичное 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.

Из курса физики вам известно, что звук - это волнообразное давление воздуха (слайд 2). 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.

Для человека звук тем громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала (слайд 3). Компьютер - устройство цифровое, поэтому непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в последовательность электрических импульсов (нулей и единиц) (слайд 4). 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). Весь процесс кодирования и декодирования можно представить в виде следующей схемы (слайд 5).

В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится его дискретизация по времени, или, как говорят, "временная дискретизация". Рассмотрим плоскость, на которой графически представлена звуковая волна, она разбивается на горизонтальные и вертикальные линии (слайд 6). 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.

Качество звука зависит от двух характеристик - глубины кодирования звука и частоты дискретизации. Рассмотрим эти характеристики (слайд 7).

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

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

Частота дискретизации (М) - 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.

Для того, чтобы найти объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой (слайд 8):

V= v*i*t*k,

где v - частота дискретизации (в Гц),

i - глубина кодирования (в битах),

t - время звучания (в секундах),

k - режим (моно-1, стерео-2).

N=2 ⁱ,

где N - количество уровней громкости,

i - глубина звука (бит)

Задача (слайд 9): 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

Стандартные форматы звуковых файлов: MIDI, WAV, MP3. У каждого формата есть свои достоинства и недостатки (слайд 11).

Программы для работы со звуком (слайд 12).

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

<Приложение2>

Учащиеся работают с таблицей, устанавливая соответствие между понятиями.

5. Практическая работа

Работа в группах. Класс делится на 2 группы. Первая группа работает за компьютерами, выполняя практическую работу <Приложение3>, вторая, за партами работая с карточками <Приложение4>.

6. Рефлексия

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

7. Домашнее задание

<Приложение5>

1. http://files.school-collection.edu.ru/dlrstore/d8d960eb-0e30-426f-92e6-ecf1f87b3de6/02.htm
2. www.5byte.ru/9/0009.php
3. www.inf777.narod.ru/inf_posobie_popova/razdel_4/4.6.3.htm
4. www.sultanova.moy.su
5. Информатика и ИКТ. Учебник для 10 класса/Н.Д. Угринович. - М.:Бином. Лаборатория знаний, 2009.