Кодирование и обработка звуковой информации 9 кл. Кодирование звуковой информации

Конспект урока

Тема урока: «Кодирование и обработка звуковой информации»

Предмет: информатика

Класс: 9

Цели: образовательная - обеспечить формирование и использование учащимися знаний о кодировании звуковой информации с помощью компьютера, а также навыков по её обработке при использовании прикладного программного обеспечения;

воспитательная – воспитывать внимательность, аккуратность, самостоятельность;

развивающая – развивать алгоритмическое мышление; навыки использования прикладного программного обеспечения; умение решать информационные задачи.

Оборудование: компьютерный класс, мультимедийный проектор, экран, доска, наушники, колонки.

Программное обеспечение: офисная программа MS PowerPoint , презентация «Кодирование и обработка звуковой информации», любой аудио редактор, звуковые файлы.

Тип урока: изучение нового материала.

Ход урока

1. Актуализация знаний

Вспоминая ранее изученную тему «Кодирование графической информации», ответьте, пожалуйста, на вопрос: Каким образом графическая информация представляется в компьютере?

С помощью какой формулы мы можем вычислить информационный объём графического изображения?

Наконец, назовите две основные формы представления графической информации.

2. Изучение нового материала

Вспомним курс физики. Что собой представляет звук? [слайд 2, 3 ].

Таким образом, мы можем назвать 4 основные характеристики звука: интенсивность, частота, громкость и тон. Посмотрим: как же связаны между собой данные параметры [ слайд 4 ] .

На следующих двух слайдах представлены соотношения громкости и интенсивности звука [слайд 5,6 ]. Посмотрите внимательно: какой звук соответствует болевому порогу человеческого уха?

А теперь вернёмся к вопросам начала урока. Как мы помним, компьютер не может обрабатывать информацию в виде волны, он работает только с электронными импульсами [слайд 7 ].

Как же звук перевести из волны в «цифру»? Смотрим на экран… [слайд 8-10 ].

Как мы называем количество информации, необходимое для кодирования пикселя изображения? Точно такое же название имеет похожая величина для кодирования звука [слайд 11 ].

И теперь снова вернёмся к формуле, которую мы вспомнили в начале урока и посмотрим на следующий слайд [слайд 12 ]. Формула повторяется один в один. Только обозначения букв чуть изменились в зависимости от типа рассматриваемой информации.

Таким образом, что в первую очередь влияет на качество оцифрованного звука? [ слайд 13 ]

Рассмотрим самое низкое и самое высокое качество цифрового звука [слайд 14, 15 ].

Осталось выяснить: как и с помощью чего мы сами можем редактировать и изменять звуковые файлы. В этом нам помогают специальные приложения, называемые аудио редакторами [слайд 17, 18 ].

Давайте на примере посмотрим основные базовые возможности таких программ [учителем проводится демонстрация вырезки из звукового файла двух фрагментов, вставка их в новый «чистый» файл путём наложения (миксовки); возможна демонстрация 2-3 звуковых эффектов].

3. Закрепление изученного материала

Разберём задания на вычисление информационного объёма звуковых файлов [слайд 19-22 ].

[Ученики по желанию решают задачи на доске с комментированием хода решения. Остальные учащиеся – в тетрадях].

А теперь самостоятельно повторите мои действия по обработке звукового файла: вырежьте два фрагмента из звуковой дорожки, наложите их и примените акустические эффекты. Только в этот раз у каждого будет свой музыкальный файл.

4. Подведение итогов урока, домашнее задание

Итак, какие новые понятия вы сегодня узнали? Перечислите их?

Как вычислить информационный объём звукового файла?

Какие программы позволяют обрабатывать звуковые файлы?

- Домашнее задание. Составьте задачу на определение информационного объёма звукового файла и оформите её на отдельном листе. [следующий урок можно начать с небольшой самостоятельной работы по решению такого рода задач, причём учащиеся будут решать задачи, составленные их одноклассниками]

На этом урок закончен. До свидания!

Использованные источники и литература:

Угринович Н.Д. Информатика и ИКТ. Базовый курс: Учебник для 9 класса. – М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007.

Ключевые слова и понятия: информатика, открытый урок, кодирование, звуковая информация, глубина звука, временная дискретизация звука, аудиоредакторы.

Цели: познакомить со звуковой информацией и ее характери­стиками; научить обрабатывать звуковую информацию на ком­пьютере.

Требования к знаниям и умениям

Учащиеся должны знать:

Что такое звуковая информация;

Что такое громкость, тон, интенсивность, частота;

Понятия «частота дискретизации», «глубина кодирования звука»;

Программное и аппаратное обеспечение для обработки звука.

Учащиеся должны уметь:

Оцифровывать звуковую информацию;

Редактировать запись;

Применять звуковые эффекты;

Сохранять звуковые файлы в различных форматах.

Программно-дидактическое оснащение: Угр., § 1.5, с. 40; де­монстрация «Кодирование звуковой информации»; проектор; звуковой редактор Audacity.

ХОД УРОКА

I. Организационный момент

II. Актуализация знаний

Какие виды информации по способу восприятия вы знаете? (Визуальную, аудиалъную, кинестетическую, запах, вкус.)

Какой вид информации человек воспринимает в наиболь­шем количестве? (Визуальную.)

III. Постановка целей урока

Вторым по величине объемов воспринимаемой информации является звук.

А что это такое? (Волна, которая распространяется в воздухе, воде или другой среде.)

IV. Работа по теме урока

(Объяснение сопровождается демонстрацией «Кодирование звуковой информации».)

Звуковая волна распространяется в любой среде с непрерывно меняющимися интенсивностью и частотой, с различными гром­костью и тоном.

Как называется единица измерения громкости? (Децибел.) Изменение громкости звука на 10 дБ, соответствует измене­нию интенсивности звука в 10 раз.

Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, его нужно оцифровать. Это производится с помощью временной дискрети­зации. Звуковая волна разбивается на временные кусочки, для каждого из которых устанавливается своя величина интенсив­ности звука.

Какие аппаратные средства необходимы для работы со зву­ковой информацией? (Микрофон, звуковая плата, динамик.)

Качество звука зависит от частоты дискретизации звука - ко­личества измерений громкости звука за одну секунду. Эта величи­на принимает значения от 8000 до 48 000. Каждый кусочек звуко­вой волны имеет свой уровень громкости звука, для кодирования которого необходимо определенное количество информации — глубина кодирования звука. В процессе кодирования каждому уровню громкости присваивается свой 16-битный код.

Какой оцифрованный звук будет самого низкого качества, а какой самого высокого? (Телефонная связь, ayduo-CD.)

Чем выше качество звука, тем больший объем звукового файла.

— Какое программное обеспечение необходимо для работы со звуком? (Проигрыватель, звуковой редактор.)

Звуковые редакторы позволяют записывать, воспроизводить и редактировать звук (удалять, копировать, перемещать части звуковой дорожки, накладывать друг на друга, применять аку­стические эффекты, изменять частоту дискретизации и глубину кодирования).

Выделяют три группы звуковых форматов файлов:

Аудиоформаты без сжатия, такие, как WAV, AIFF;

Аудиоформаты со сжатием без потерь (АРЕ, FLAC);

Аудиоформаты с применением сжатия с потерями (шрЗ, ogg).

V. Практическая работа

Полное содержание урока посмотрите по ссылке ниже:

Тема «Кодирование и обработка звуковой информации»

9 класс

Тип урока: изучение нового материала

Цели урока: а) познакомить учащихся с принципами кодирования звуковой информации; создать условия для формирования навыков создания и обработки звуковой информации;

б) развитие кругозора, осмысленного восприятия действительности, логического мышления;

в) воспитание самостоятельности, работы в коллективе;

Оборудование: презентация «Кодирование и обработка звуковой информации», карточки с Д/з;

План урока:

1 слайд

1) Организационный момент, постановка плана и целей урока:

1. Оцифровка звука: как это делается.

2. Как улучшить качество звуковой информации?

2) Проверка Д\з 2 слайд

Решить кроссворд для повторения темы: « Графика »

1. Область, занимающаяся работой с графической информацией
2. Процесс оцифровки изображения
3. Характеристика изображения
4. Наименьший элемент растрового изображения
5. Один из основных составляющих цветов
6. Графический параметр экрана монитора
7. Часть устройства вывода графической информации

Ответить на вопросы:

1. Какой процесс переводит аналоговое изображение в дискретное, т. е. оцифровывает изображение? (Пространственная дискретизация )

2. Главные характеристики оцифрованного изображения?(Разрешающая способность и глубина цвета )

3) Актуализация знаний

4) Изучение нового материала 3 слайд

1. Оцифровка звука

Что такое звук? Звук – это звуковая волна с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Для человека звук тем громче, чем больше амплитуда сигнала, и тем выше тон, чем больше частота сигнала.

Звуковые сигналы могут быть аналоговыми и дискретными?

Приведите примеры, по аналогии с графикой, аналогового и дискретного звука.

Схема кодирования звука.

Схема декодирования

4 слайд

Значит, для того чтобы ввести сигнал в компьютер необходимо его оцифровать. Процесс оцифровки звука называется временная дискретизация .

При этом процессе звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки и для каждого участка устанавливается определенная величина амплитуды. Данный метод называется импульсивно- амплитудной модуляцией (PCM).

Таким образом, гладкая кривая заменяется последовательностью «ступенек» - обозначающих громкость звука. Чем больше «ступенек», тем больше количество уровней громкости, тем больше количество информации будет нести значение каждого уровня и более качественным будет звучание.

2. Характеристики оцифрованного звука. 5 слайд

Качество звука зависит от двух характеристик – глубина кодирования звука и частоты дискретизации.

6 слайд

Глубина кодирования звука (I) – это количество бит, используемое для кодирования различных уровней сигнала. Тогда общее количество уровней (N) можно вычислить по уже знакомой нам формуле: N=2 I .

Например, если звуковая карта обеспечивает 16-битовую глубину кодирования звука, то общее количество различных уровней будет - 65536.

7 слайд

Частота дискретизации (M) – это количество измерений уровня звукового сигнала в единицу времени. Это характеристика показывает качество звучания. Измеряется в Гц. Одно измерение за одну секунду соответствует 1Гц., 1000 измерений за 1 секунду – 1 КГц. Частота дискретизации звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. При частоте 8 кГц – качество звукового сигнала соответствует качеству радиостанции, а при 48 кГц – качеству звучания аудио-CD.

8 слайд

Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1 кГц и глубине кодирования=16 бит и запись на двух звуковых дорожках («стерео» режим). Для низкого качества звучания характерны: М= 11 кГц, I= 8 бит и запись на одной звуковой дорожке («моно» режим).

Для того чтобы найти общий объем звуковой информации, необходимо воспользоваться следующей формулой: V=M*I*t, где М – частота дискретизации (в Гц), I- глубина кодирования (в битах), t- время звучания (в сек.).

Пример. 9 слайд

Звук воспроизводится в течение 10 секунд при частоте 22,05 кГц и глубине звука 8 бит. Определить его размер (в Мб).

Решение:

М = 22,05*1000= 22050 Гц

V=22050*10*8=1764000 бит =220500 байт =215 Кб = 0,2 Мб.

5) Закрепление изученного материала.

Решение задач

У доски:

1. Определить объем памяти для хранения моноаудиофайла, время звучания которого составляет пять минут при частоте дискретизации 44 кГц и глубине кодирования 16 бит.

Решение: t = 5*60 = 300 сек.

М=44*1000=44000 Гц

V=М*I*t=300*16*44000=211 200 000 бит=26 400 000 байт = 25 781,25 Кб = 25 Мб

2. Найти ошибки в решении задачи: 10 слайд

Определить объем памяти для хранения стереоаудиофайла, время звучания которого составляет 3 минуты при частоте дискретизации 44,1 кГц и глубине кодирования 16 бит.

Решение:

V=М*I*t=3*16*44100=2 116 800 бит =0,25 Мб

3. Если в задачи известен объем, а необходимо найти, например, глубину звука? I=V/(M*t).

По рядам: 11 слайд

а) Объем звуковой записи – 5,25 Мб, глубина кодирования – 8 бит. Звуковая информация записана с частотой дискретизации 44,1 кГц. Какова длительность звучания такой информации?

Решение:

V=5,25*8*1024*1024=44 040 192 бита

М = 44,1*1000=44100 Гц

t=V/(M*I)= 44 040 192/(44100*8)= 44 040 192/352 800=124 сек=2 минуты

б) Одна минута записи звуковой информации занимает на диске 1,3 Мб, глубина кодирования равна 16 бит. С какой частотой дискретизации записан звук?

Решение:

V=1,3*8*1024*1024=10 905 190,4 бит

М= V/(t*I)= 10 905 190,4/(60*16)= 10 905 190,4/960=11359 Гц=11 КГц

6) Итоги урока: 12 слайд

1. Что представляет из себя звук?
2. Каким по типу является звуковой сигнал?
3. Как аналоговый звуковой сигнал преобразовать в дискретный?
4. Каковы характеристики оцифрованного звука?
5. По какой формуле можно вычислить объем звукового сигнала?
6. Каково высокое и низкое качество звучания?

7) Д/з 13 слайд

П. 1.5

Задачи на карточках

На оценку «3»:

Задание из учебника 1.23

На оценку «4»:

Ответ: 111,7 секунд =1, 86 минут

На оценку «5»:

Ответ: 22,05 КГц и 16 бит или 44,1 кГц и 8 бит.

Звуковая плата

Переменный ток

Микрофон

Звуковая

волна

Двоичный код

Память

ЭВМ

Память

ЭВМ

Двоичный код

В классе:

№70

Битовая глубина равна 32, видеопамять делится на две страницы, разрешающая способность дисплея – 800х600. вычислить объем видеопамяти.

На оценку «3»

№65

Какой объем видеопамяти необходим для хранения четырех страниц изображения, если битовая глубина равна 24, а разрешающая способность дисплея – 800х600 пикселей?

№ 90

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

На оценку «4»

№ 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?

№ 95

Цифровой аудиофайл содержит запись звука низкого качества. Какова длительность звучания файла, если его объем составляет 650 Кб?

На оценку «5»

№67

Объем видеопамяти равен 1 Мб. Разрешающая способность дисплея – 800х600. Какое максимальное количество цветов можно использовать при условии, что видеопамять делится на две страницы?

№94

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

№96

Две минуты записи цифрового аудиофайла занимают на диске 5,05 Мб. Частота дискретизации – 22050 Гц. Какова разрядность аудиофайла?

МОУ «Средняя общеобразовательная школа № 6 г. Вологда» Кодирование и обработка звуковой информации. 9 класс.

Учитель физики и информатики Клюкина Анна Анатольевна.

Звуковая информация

Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой .

Громкость и тон

Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона .

Зависимость громкости звука от амплитуды, частоты и высоты тона

Чем больше амплитуда сигнала, тем он громче для человека, чем больше частота колебаний сигнала, тем выше тон звука.

Восприятие звука

20 колебаний в секунду – низкий звук;

20 000 колебаний в секунду - высокий звук.

Громкость измеряется в

децибелах (дБ).

Источники и громкость звука

Источник звука

Громкость (дБ)

Спокойное дыхание

Не воспринимается

Шелест листьев

Перелистывание газет

Обычный шум в доме

Прибой на берегу

Разговор средней громкости

Громкий разговор

Работающий пылесос

Поезд в метро

Концерт рок-музыки

Раскат грома

Реактивный двигатель

Выстрел из орудия

Взрыв (болевой порог)

Громкость звука - субъективное качество слухового ощущения, позволяющее располагать все звуки по шкале от тихих до громких.

Звуковой сигнал

Цифровой

Аналоговый

Преобразователи звукового

Аналого-цифровые преобразователи (АЦП ) предназначены для преобразования аналоговой величины в цифровой код.

Цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП ) - это устройство для преобразования цифрового кода в аналоговый сигнал по величине, пропорциональной значению кода.

Преобразование звукового

цифровой сигнал

аналоговый сигнал

1011010110101010011

аналоговый сигнал

Временная дискретизация

Временная дискретизация звука – это преобразование компьютером непрерывного звукового сигнала из аналоговой формы в цифровую дискретную (непрерывная волна разбивается на отдельные маленькие участки, для каждого такого участка устанавливается величина интенсивности звука).

Частота дискретизации - это количество измерений громкости звука за одну секунду.

Чем выше частота дискретизации , тем более точно передаётся звук в аналоговый сигнал или цифровой.

Глубина кодирования звука - это количество информации, которое необходимо для кодирования дискретных уровней громкости цифрового звука.

I - глубина кодирования звука (измеряется в битах)

N- количество уровней громкости звука

Качество оцифрованного звука

Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука.

Режим

Качество звука

Моно

Частота дискретизации, ⱴ

Стерео

Глубина кодирования звука, I

Уровни громкости звука, N

Количество звуковых дорожек, n

Информационный объем звукового файла, V (бит)

t (с)– время звучания звукового файла

Звуковые редакторы

Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его наглядно с помощью мыши, а также микшировать звуки и применять различные акустические эффекты.

Основные форматы

звуковых файлов

WAV Простое хранилище дискретных данных. Состоит из последовательности отсчётов (дискретных выборок амплитуды сигнала).

МР3 Формат, позволяющий сжимать звуковые файлы без заметной потери качества

MID

Файл, хранящий в себе последовательность MIDI-сообщений.

Задание 1

Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 256 уровней интенсивности сигнала?

Задание 2

Оценить информационный объём цифровых звуковых файлов длительностью 30 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука.

Домашнее задание

Задание 1.9-1.11 письменно (стр. 44)

Интернет-ресурсы

• Автор шаблона: Дьячкова Наталья Анатольевна учитель биологии и ИЗО

МБОУ «Верхнесоленовская СОШ Веселовского района Ростовской области». Сайт « http :// pedsovet . su /»