Ключевые особенности звуковых файлов

Вывод звука. Превращение чисел в звук

Основой работы звукопроизносящих устройств, таких как наушники и динамики, являются физические принципы. На вход таких устройств поступает изменяющийся электрический сигнал, который вызывает магнитную индукцию и заставляет катушку колебаться вместе с мембраной, к которой она прикреплена. Именно колебания мембраны создают звук.

Для информатики важно знать, что наушники и динамики являются аналоговыми устройствами, преобразующими электрический сигнал. Этот сигнал формируется звуковой картой на основе цифровых данных.

Звуковая карта содержит цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который генерирует электрический сигнал на основе числовых значений. В памяти компьютера хранятся значения сигнала, записанные в определённые моменты времени, в то время как сигнал должен быть непрерывным. Если бы мы считали сигнал на протяжении всего интервала равным первому значению, то получили бы «лесенку», которая значительно отличается от исходного сигнала. Поэтому звуковые карты дополнены звуковыми фильтрами — специальными устройствами (как аналоговыми, так и цифровыми), которые сглаживают сигнал и приближают его к оригиналу. Тем не менее, точное воспроизведение исходного звукового сигнала невозможно.

Особенность звуковых файлов заключается в том, что их можно воспроизводить, не дожидаясь полной загрузки.

Объем звуковых данных

На объём звукового файла влияют несколько факторов:

• Длительность: чем дольше звуковая дорожка, тем больше размер файла.
• Количество дорожек: в режиме моно записывается один аналоговый сигнал, в стерео — два, в квадро — четыре.
• Частота дискретизации: количество записей в секунду; чем выше частота, тем больше размер файла.
• Глубина кодирования: размер одного значения в битах.

Для расчёта объёма звукового файла нужно перемножить эти четыре параметра, предварительно убедившись, что они выражены в правильных единицах.

Формула для расчёта объёма (в битах) выглядит так:

Объём (бит) = время (с) • число дорожек • частота (Гц = 1/c) • глубина (бит)

Далее нужно перевести результат из бит в килобайты или мегабайты.

Объём файла увеличится только с переходом на режим записи в квадро. Уменьшение частоты, наоборот, уменьшит размер файла. Увеличение числа котов и усиление громкости не повлияют на объём.

Задачи на измерение объёма звукового файла могут быть сопряжены с ошибками. Вероятность запутаться в арифметике велика, даже при использовании калькулятора. Также стоит помнить, что приставка "кило-" может относиться к разным единицам: кГц означает 1000 Гц, а Кбайт = 1024 байт. Погрешность может быть достаточной, чтобы снизить оценку на контрольной или экзамене.

Решение таких задач требует применения одной логичной формулы и осторожности в арифметике.

Звук и видео: форматы файлов

Некоторые популярные форматы аудиофайлов:

• WAV — формат без сжатия, используемый для записи аудио на компакт-диск. Предоставляет отличное качество, но занимает много места. Используется для хранения оригиналов цифровых звукозаписей.
• MP3 — один из самых распространённых форматов, использующий сжатие с потерями. Хотя это снижает качество, формат значительно уменьшает размер файла. Поддерживается большинством ОС и устройств. Изначально коммерческий, но с 2017 года лицензирование отменено. Разработаны более эффективные форматы как альтернатива MP3, такие как AAC.
• OGG — открытый формат (без патентов и лицензий), контейнер для мультимедиафайлов. Его структура зависит от используемых кодеков, но это, как правило, сжатие с потерями. Формат не так широко поддерживается, но подходит для профессиональных программистов, работающих со звуком.

Существует множество других аудиоформатов, специфичных для разных требований, например, для кодирования голоса в интернет-телефонии или для многоканального звучания.

Среди популярных форматов видеофайлов выделяются:

• AVI — формат, разработанный для Windows, контейнер для медиафайлов, содержащий аудио, видео, MIDI и текст.
• FLV — формат для интернет-видео с высоким сжатием и приемлемым качеством, позволяющий начать просмотр до полной загрузки файла.
• MP4 — удобный для редактирования формат, поддерживающий несколько видео- и аудиодорожек, а также субтитры.
• MPG — формат, использующий эффективные алгоритмы сжатия.

Что делать, если загруженный мультимедиафайл не воспроизводится? Необходимо определить его расширение и либо установить необходимые программы, либо воспользоваться мультимедийным конвертером для изменения формата файла. Также можно попробовать найти файл в другом формате.

Главные различия между форматами файлов заключаются в степени и качестве сжатия, а также в типе лицензии, что влияет на их применение.

Формат записи звука электронных инструментов

Оцифровка звука осуществляется в различных форматах, среди которых выделяется MIDI (Musical Instrument Digital Interface).

Существуют программы, позволяющие "играть" на виртуальных инструментах, где даже отсутствие абсолютного музыкального слуха не помешает отличить сгенерированную музыку от живой записи. Электронные звуки часто используются в компьютерных играх и системных оповещениях. Формат MIDI применяется для создания таких звуков.

Параметры инструментального звука в этом формате включают ноты, тембр, громкость и возможности применения различных эффектов, таких как затухание. Одновременно может использоваться несколько каналов, что позволяет имитировать звучание различных инструментов и создавать полифонические эффекты.

Создание такой музыки представляет собой по сути программу для звуковой карты. При генерации звука используются образцы звуков реальных инструментов (волновые таблицы) и математические преобразования.

Объём файлов в формате MIDI значительно меньше, чем при традиционной дискретизации.