Конспект урока "Двоичное кодирование звуковой информации"


Тема урока: Двоичное кодирование звуковой информации.
Цель: изучение природы звука, его характеристик, способов кодирования
звука в компьютере.
Задачи:
1. Повторить понятие звука, характеристики звука.
2. Познакомиться с оборудованием, необходимым для записи и
воспроизведения звука.
3. Изучить формы представления звука: аналоговую и цифровую.
Изучить основные форматы представления звуковых файлов.
4. Изучить формулы для расчета объема цифровых аудиоданных.
5. Научить пользоваться звуковым редактором для записи и
редактирования звука.
6. Овладеть навыками использования простейшего звукового редактора
для записи и редактирования звука.
Ход урока:
1. Организационный момент.
2. Актуализация знаний учащихся.
Какие виды информации вы воспринимаете? СЛАЙД 1 (Ответ: числовая,
текстовая, графическая, звуковая).
3. Прослушивание 2-х звуковых файлов, подведение к теме урока.
Предлагаю прослушать 2-х звуковых файла (отрывки из известного
музыкального произведения) с различной частотой дискретизации: 1) 01.wav
(44.1 кГц); 2) 02.wav (8 кГц). Отрывок из какого произведения сейчас
прозвучал? («Лунная соната», Бетховен). Какие различия заметили?
Почему? Сегодня на уроке мы ответим вопрос: от чего зависит качество
звучания звуковых файлов. Тема урока: «Двоичное кодирование звуковой
информации».
У вас на столах лежат конспекты, возьмите их, пожалуйста, и посмотрите.
Вы обнаружите пустые поля. Во время работы их необходимо заполнять. В
результате получится опорный конспект, который дома можно использовать
для подготовки к следующему уроку. Давайте разберем понятия,
составляющие тему урока:
• двоичное кодирование – что это?( Ответ: преобразование информации в
двоичные коды) Где используется? (Ответ: в компьютерной технике)
• звуковая информация – из курса физики вспомните: что такое звук? Какие
характеристики он имеет? (механическая волна, имеющая характеристики
амплитуду колебания и частоту колебания) СЛАЙД 2
4. Разбор графической задачи с помощью демонстрации
Из курса физики вам известно, что звук представляет собой механическую
волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем выше
амплитуда, тем громче звук, чем меньше частота, тем ниже тон.
- Определите звук , изображенный волной какого цвета, громче? (Ответ:
красный)
- Определите звук, изображенный волной какого цвета, выше? (Ответ:
синий) СЛАЙД № 3
Компьютер – устройство цифровое, поэтому непрерывный звуковой сигнал
должен быть преобразован в последовательность электрических импульсов
(нулей и единиц). Для этого плоскость, на которой графически представлена
звуковая волна, 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.
СЛАЙД 4
- Сколько бит информации отводится на кодирование одного уровня
громкости? (Ответ: три бита)
- Сколько измерений произвели? (Ответ:12)
-Запишите коды уровней громкости при каждом измерении. (Ответ: 011
101 101 101 100 011 010 001 001 010 100 110)
В компьютерной технике кодируются уровни громкости. Чем больше бит отводится на
кодирование одного уровня громкости , тем качество звука лучше.
Качество звука также зависит от количества измерений за 1 секунду.
5. Решение задач. Установление причин потери качества закодированного
звука.
СЛАЙД 5
Количество уровней громкости выражается глубиной звука количество бит,
используемых для кодирования одного уровня.
, где N количество уровней громкости, i– глубина звука (бит)
(формула 1).
СЛАЙД 6 Один ученик (остальные на местах в опорном конспекте) у доски
заполняет пустые поля.
СЛАЙД 7
Задача: На рисунке 5 (опорного конспекта)изображено зафиксированное
самописцем звучание 1 секунды речи.
Необходимо: 1) закодировать его в двоичном коде с частотой
дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бита; 2) рассчитать
информационный объем закодированного звука.
Решение: 1) 5 Гц – это значит, что происходит 5 измерений в 1 сек.
Глубина 4 бита – означает, что используются 24 = 16 уровней громкости.
(Результат кодирования: 1000 1000 1001 0110 0111)
2) Для расчета информационного объема закодированного звука (V)
используется простая формула:
V = D * i * T, где: D – частота дискретизации (Гц); i – глубина звука
(бит); T – время звучания (сек).
Получаем: V = 5 Гц * 4 бита * 1 сек = 20 бит.
Самостоятельная работа. Провести аналогичное двоичное кодирование с
параметрами: частота дискретизации 5 Гц и глубина звука 3 бита (для
рисунка 6). (Ответы: результат кодирования: 011 100 100 011 011,
информационный объем V = 15 бит)
Проверка самостоятельной работы СЛАЙД 8
На каком из рисунков построенный график цифрового сигнала, наиболее
точно совпадает с графиком реального? Теперь посмотрите на график
цифрового сигнала с частотой дискретизации 20 Гц и сделайте вывод: от
чего зависит качество закодированного звука?
ВЫВОД ЗАПИСАТЬ В КОНСПЕКТЕ!
6. Исследование. От чего зависит качество звука?
Любая теория обязательно должна быть проверена на практике. Для этого
проведем оцифровку человеческой речи (пригласить ученика, запустить
программу звукозаписи.). Ученик читает текст. Производится запись и
последующее воспроизведение с частотой дискретизации 8 кГц и 44.1 кГц.
Далее сравниваются информационные объемы и качество звучания. Как
частота дискретизации влияет на качество звучания? Подтвердили мы
теоретически сделанный вывод? С какого носителя в домашних условиях
возможно получить качественное звучание? (Ответ: музыкальный компакт-
диск).
Заполнить таблицу:
Параметры качественного звука:
Параметры кодирования
Качественный звук
Частота дискретизации (Гц)
Глубина звука (Бит)
(Ответы: 44.1 кГц, 16 бит – качественное звучание; 8 кГц, 8 бит –
достаточное для передачи речи.) СЛАЙД 9
7. Практическая работа .
Задание: Создать аудиофайл с записью речи (начитать отрывок из учебника
1 абзац около 300 знаков). Открыть файл с мелодией, уменьшить
громкость звучания до такой степени, чтобы мелодия могла служить фоном
для речи.
План работы:
1. Запустить приложение «Пуск – Программы – Стандартные –
Развлечения – Звукозапись.»
2. Проверить подключение микрофонов с наушниками.
3. На Панели задач открыть «Регулятор громкости», выбрать в окне
команду «Параметры – Свойства», установить переключатель на
режим записи. Проверить отображение регулятора громкости
микрофона (флажок поставлен).
4. Вернуться к окну программы «Звукозапись». Приготовиться к записи
речи. Учащимся объяснить назначение кнопок «запись» и «стоп».
Записать речь. Сохранить файл на диске «текст.wav» в рабочей папке.
Определить длительность звучания файла в секундах.
5. Открыть заранее приготовленный учителем файл с мелодией.
Прослушать мелодию, при необходимости с помощью команды
«Эффекты – Уменьшить громкость» (возможно неоднократное
применение) привести громкость мелодии до приемлемого уровня. При
необходимости можно установить временной ползунок и удалить до
текущей позиции кусок медлодии (меню «Правка»), аналогично можно
отрезать часть файла в конце записи. Оставить звуковой файл такой
длительностью, какова она у записи с речью.
6. Поставить временной ползунок на начало мелодии (!), затем выбрать
«Правка – Смешать с файлом», выбрать файл «текст.wav» (запись
речи). В результате получаем смикшированный файл, содержащий
речь, фоном для которой является мелодия.
7. Сохранить полученный аудиофайл в формате wav под другим
названием. Далее сохранить файл в формате mp3 (MPEG Layer3)
(Сохранить как …, с помощью кнопки «Изменить» выбрать формат
MPEG Layer3. Задать атрибуты, например, 48000 Гц, 128 Kbps
(Кбит/сек)).
8.Рефлексия. Давайте подытожим: что нового сегодня на уроке вы узнали;
чему научились; будут ли знания вам полезны?
9.Домашнее задание.
Обязательное задание: 1) параграф 2.5, стр. 111 учебника Угринович Н.Д.,
ответьте на вопросы; 2) Задача: какой объем памяти требуется для хранения
цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что
время звучания составляет 3 минуты?
Задание по выбору: Создать аудиофайл: текст стихотворения любимого поэта
и подбор музыки соответствующего фона.
10. Подведение итогов.
Безусловно, оценка качества звучания – во многом субъективна и зависит от
нашего восприятия. Компьютер, так же как и человек, кодирует звуковую
информацию с целью хранения и последующего воспроизведения.
Подумайте, а в чем разница между звуковой информацией, хранимой в
памяти ПК и в памяти человека? (Ответ: у человека процесс кодирования
звука тесно связан с эмоциями).
Таким образом, компьютер хранит звук, а человек музыку!!! Музыка -
единственный язык, на котором душа говорит с душою (Бертольд Авербах).
Она может поднять в небеса, пробудить чувства, сковать разум и вселить
страх. Для каждого человека музыка своя. Какие эмоции или ассоциации
вызывает у вас «Лунная соната»?...
Теплый взгляд любящего человека, нежное касание материнской руки, а
теперь возможно, что эти чарующие звуки будут напоминать вам и об уроке
информатики. Все это, согласитесь, недоступно цифровому двоичному коду.
И прав был Норберг Винер, призывая отдать машине – машинное, а человеку
человеческое.