Методические указания по выполнению практической работы

Государственное бюджетное образовательное учреждение

среднего профессионального образования Ростовской области

«Таганрогский механический колледж»

ПМ.04. Выполнение работ по одной или нескольким профессиям рабочих, должностям служащих»

МДК 04.01. Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин

10.02.03 Информационная безопасность автоматизированных систем

Учебная практика

Методические указания

по выполнению

практической работы № 12

«Обработка аудио информации.

Запись и монтаж аудиоинформации»

2015

Практическая работа № 12

Тема: «Обработка аудио информации. Запись и монтаж аудиоинформации. Обработка звуковой информации в программе Audacity»

Цель: овладеть практическими навыками установки программы обработки аудиоинформации, обработки аудио информации, сформировать практические умения и навыки по созданию звуковых файлов, познакомиться с технологией записи и монтажа аудиоинформации, обработки звуковой информации в программе Audacity.

Оборудование: РМ преподавателя - персональный компьютер, лазерный принтер, мультимедийный проектор, персональные компьютеры (РМУ - 11 шт.), наушники, микрофон, звуковые колонки, локальная сеть, выход в Интернет.

Программное обеспечение: Операционная система Windows XP, инсталляция программы Audacity.

Методическое обеспечение: методические рекомендации по выполнению практической работы; презентации: «Кодирование звуковой информации», «Цифровой звук», «Оцифровка звука», «Кодирование и обработка звуковой информации»; контрольные вопросы по теме: «Технологии обработки аудиоинформации»; задания для самостоятельного выполнения; алгоритмы-памятки для решения задач; музыкальный файл; тематические разработки для самостоятельного изучения: «Запись звука на компьютере. Программа Звукозапись; «Средства и технологии обработки звуковой информации».

Задачи:

а) отработать навыки применения установки новой программы по обработке аудиоинформации;

б) научиться обрабатывать аудиоинформацию;

в) отработать практические умения и навыки по созданию и обработке аудиоинформации;

г) научиться проводить запись и монтаж аудиоинформации;

д) отработать профессиональные навыки и умения по работе с программой обработки аудиоинформации Audacity;

е) открыть и обработать звуковой файл. Сохранить результаты редактирования. Определить объем файла.

Теоретическое обоснование

Кодирование и обработка звуковой информации

Неотъемлемой составляющей мультимедиа-технологии является обработка звуковой информации, которая получила бурное развитие с начала 90-х годов XX века. Современные мультимедийные программные средства создания презентаций обязательно оснащены инструментами для работы со звуком. Это даёт возможность пользователю создавать более привлекательный программный продукт, расширяет возможности его применения. Для того, чтобы грамотно использовать такую возможность, необходимо представлять себе принципы обработки звука в современном компьютере.

Звук - это явление аналогового (непрерывного) характера. Колебания воздуха вызывают звуковые волны, которые могут быть представлены графиком в виде синусоиды. Но для представления звука в ПК исходный непрерывный звуковой сигнал надо разбить на части, чтобы закодировать - оцифровать. Чем мельче частицы (больше разбиений), тем точнее передача звука, меньше потери его качества (хотя полностью этого избежать нельзя).

Качество кодирования определяется частотой дискретизации и уровнем кодирования.

Частота дискретизации - это количество измерений уровня сигнала в единицу времени (секунду). Она может находиться в пределах от 8000 до 48000, то есть от 8 до 48 Кгц. При частоте 8 Кгц качество цифрового звука сравнимо со звуком радиотрансляции, а при 44,1 КГц (48 Кгц) - со звуком аудио CD.

Одновременно с временной дискретизацией (частотой) выполняется и амплитудная, то есть измерение значений амплитуды и их представление в виде чисел с определенной точностью (квантование). Эта величина называется уровнем кодирования звука и обычно составляет 16 бит, то есть каждому значению амплитуды звуковой волны соответствует двоичное число в 16 разрядов.

При оцифровке звука возможны моно- и стереорежимы. Получаемый поток двоичных чисел, описывающий звуковой сигнал, называют импульсно-кодовой модуляцией или ИКМ (PCM - Pulse Code Modulation). Такое преобразование звука происходит в аудиоадаптерах (звуковых картах), специальных устройствах расширения, которыми нужно оснастить аппаратную составляющую мультимедиа. Будучи преобразован в цифровую форму, звуковой сигнал "застывает" - в этом виде он уже не подвержен изменениям при хранении и копировании, как обычная аналоговая запись. Если с цифровым звуковым сигналом обращаться аккуратно - его можно хранить вечно и копировать любое число раз без какой-либо потери качества. Сам цифровой звук и всё, связанное с ним, принято обозначать общим термином Digital Audio.

Для управления обработкой звука мультимедиа-технология оснащается и соответствующим ПО. Стандартным звуковым программным набором системной среды Windows являются приложения:

1. Программа «Звукозапись» - это цифровой магнитофон, который позволяет записывать звук в виде файла с расширением wav (англ. wave - волна). Программа может редактировать, микшировать (накладывать) и воспроизводить звук. Можно выбирать режим двоичного кодирования - моно/стерео, частоту дискретизации, уровень.

2. Программа «Универсальный проигрыватель» обеспечивает воспроизведение звука, видео, анимационных файлов.

3. Программа «Лазерный проигрыватель» служит для воспроизведения аудио CD.

4. Программа «Регулятор громкости» служит для настройки параметров воспроизведения звука.

Кроме того, существует множество прикладных программ различного предназначения для обработки звука. Это, прежде всего, всевозможные музыкальные редакторы, которые предоставляют широкие возможности по созданию и редактированию звуковых файлов.

Звуковые файлы, как и файлы изображений, имеют свои форматы. Среди них наиболее распространены следующие:

1. wav - стандартный формат звуковых файлов в компьютерах IBM PC;

2. mid - MIDI-файл;

3. raw - формат так называемой "чистой оцифровки";

4. voc и cmf - форматы представления звука от фирмы Creative (voc - формат оцифрованного звука, cmf -формат нотных партитур и параметров инструментов для синтезаторов OPL3);

5. mod - распространенный формат, содержит оцифровки инструментов и партитуру для них;

6. stm (s3m) - формат Scream Tracker, сопоставимый с форматом mod;

7. aiff - формат звуковых файлов в компьютерах Apple Macintosh.

Для преобразования звукового файла из одного формата в другой используются специальные программы-конверторы (MP3 Compressor, XING MPEG Encoder, и другие). Такое преобразование - частая операция при работе с цифровым звуком. При этом возможно ухудшение его качества из-за уменьшения разрядности уровня кодирования, передискретизации или сжатия звука.

Используя цифровой звук в своей деятельности, пользователь должен знать, что соответствующие файлы имеют очень большие размеры: 3-х минутная стереозапись «весит» около 30 Mb. Это привело к разработке различных методов сжатия цифрового звука. Все они используют приём, при котором из звукового сигнала удаляется информация, малозаметная для слуха. В результате, несмотря на изменения, слуховое восприятие получаемого звукового сигнала практически не меняется, а степень сжатия оправдывает незначительную потерю качества. В настоящее время широко распространена группа методов сжатия звука Audio MPEG, созданная Экспертной Группой по обработке движущихся изображений (MPEG - Moving Pictures Experts Group). Методы Audio MPEG существуют в виде нескольких типов, среди которых наиболее распространён MPEG-1 Layer 3, файлы которого имеют расширение mp3. Audio MPEG разработан для воспроизведения сжатого звука в реальном времени при помощи аппаратного или программного проигрывателя (WinPlay, WinAmp, MacAmp и другие). Audio MPEG используется в аудио CD, DVD, компьютерных звуковых системах, цифровом радио/телевидении и других системах массовой передачи звука.

Существуют уже и программы распознавания речи, позволяющие управлять ПК с помощью голоса.

Вся информация в ПК представлена в дискретной, двоичной форме. Звук не является исключением. Возможность обработки звука давно привлекала разработчиков компьютеров и программного обеспечения.

Вначале звук при помощи микрофона преобразуется в электрический сигнал. Чтобы перевести непрерывный звуковой сигнал (звукозапись) в числовую форму, применяют специальное устройство, входящее в состав звуковой платы- его называют АЦП (аналого - цифровой преобразователь). Именно это устройство, через очень маленькие, равные промежутки времени измеряет электрический сигнал, результат измерения преобразует в положительное или отрицательное двоичное число и передает в оперативную память ПК.

Частота, с которой производится измерение сигнала, называется частотой дискретизации.

Для высокого качества записи (качества записи компакт диска) эта частота должна быть 44 100 Гц (раз в сек), т.е. в два раза выше, чем частота самого высокого звука, который может слышать человек.

Для кодирования каждого измеренного значения применяют четырех-, восьми-, или шестнадцатиразрядный код, в зависимости от желаемого качества записи. (При 16 битном кодировании наиболее точно описывается значение амплитуды звукового сигнала, значит и его качество выше)

Звуковая информация. Звук представляет собой распространяющуюся в воздухе, воде или другой среде волну с непрерывно меняющейся интенсивностью и частотой.

Человек воспринимает звуковые волны (колебания воздуха) с помощью слуха в форме звука различных громкости и тона. Чем больше интенсивность звуковой волны, тем громче звук, чем больше частота волны, тем выше тон звука (рис. 1).

Человеческое ухо воспринимает звук с частотой от 20 колебаний в секунду (низкий звук) до 20 000 колебаний в секунду (высокий звук).

Человек может воспринимать звук в огромном диапазоне интенсивностей, в котором максимальная интенсивность больше минимальной в 10¹⁴ раз (в сто тысяч миллиардов раз). Для измерения громкости звука применяется специальная единица "децибел"(дбл) (табл.1). Уменьшение или увеличение громкости звука на 10 дбл соответствует уменьшению или увеличению интенсивности звука в 10 раз.

Временная дискретизация звука. Для того чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму с помощью временной дискретизации. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука.

Таким образом, непрерывная зависимость громкости звука от времени A(t) заменяется на дискретную последовательность уровней громкости. На графике это выглядит как замена гладкой кривой на последовательность "ступенек" (рис. 2).

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

Частота дискретизации звука может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000 измерений громкости звука за одну секунду.

Глубина кодирования звука. Каждой "ступеньке" присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N, для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.

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

Если известна глубина кодирования, то количество уровней громкости цифрового звука можно рассчитать по формуле N = 2^I. Пусть глубина кодирования звука составляет 16 битов, тогда количество уровней громкости звука равно:

N = 2^I = 2¹⁶ = 65 536.

В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111.

Качество оцифрованного звука. Чем больше частота и глубина дискретизации звука, тем более качественным будет звучание оцифрованного звука. Самое низкое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству телефонной связи, получается при частоте дискретизации 8000 раз в секунду, глубине дискретизации 8 битов и записи одной звуковой дорожки (режим "моно"). Самое высокое качество оцифрованного звука, соответствующее качеству аудио-CD, достигается при частоте дискретизации 48 000 раз в секунду, глубине дискретизации 16 битов и записи двух звуковых дорожек (режим "стерео").

Необходимо помнить, что чем выше качество цифрового звука, тем больше информационный объем звукового файла. Можно оценить информационный объем цифрового стереозвукового файла длительностью звучания 1 секунда при среднем качестве звука (16 битов, 24 000 измерений в секунду). Для этого глубину кодирования необходимо умножить на количество измерений в 1 секунду и умножить на 2 (стереозвук):

16 бит * 24 000 *2 = 768 000 бит = 96 000 байт = 93,75 Кбайт.

Звуковые редакторы. Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его. Оцифрованный звук представляется в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью мыши. Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга (микшировать звуки) и применять различные акустические эффекты (эхо, воспроизведение в обратном направлении и др.).

Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном форматеWAV или в формате со сжатием МР3.

При сохранении звука в форматах со сжатием отбрасываются "избыточные" для человеческого восприятия звуковые частоты с малой интенсивностью, совпадающие по времени со звуковыми частотами с большой интенсивностью. Применение такого формата позволяет сжимать звуковые файлы в десятки раз, однако приводит к необратимой потере

Описание программы обработки звуковых файлов Audacity

Audacity - многофункциональный звуковой аудиоредактор на русском языке, способный совмещать работу на нескольких звуковых дорожках одновременно. Выпущен данный софт на условиях GNU General Public License, а работает на следующих операционных системах: Microsoft Windows, Mac OS X, Linux и других.

К основным возможностям утилиты относятся:

1. Функция импорта и экспорта различных звуковых файлов, таких как WAV, Vorbis, MP3 (с кодировщиком LAME MP3), FLAC и многих других форматов;

2. Возможность записи звука с микрофона, линейного входа и прочих источников;

3. Функция, позволяющая совмещать запись и прослушивание звуковых дорожек;

4. Возможность записывать одновременно до 16 каналов. Данная функция доступна только пользователям с многоканальной звуковой картой;

5. Опция, содержащая эффекты и расширения в комплекте поставки, а также эффекты и расширения, которые устанавливаются отдельно (LADSPA); индикаторы уровня записи и воспроизведения;

6. Возможность менять темп звука, при этом, сохраняя высоту тона;

7. Обратная функция, которая позволяет изменять высоту тона и при этом сохранять темп;

8. Функция удаления шума по конкретному образцу - Звуковая чистоте;

9. Встроенная функция, позволяющая проводить спектральный анализ с использованием преобразования Фурье.

Главным преимуществом Audacity на русском среди подобного рода софта является возможность воспроизведения нескольких дорожек одновременно. Функция выполняется без поддержки многоканального звука. Используются всего два канала, при помощи которых микшируются все дорожки. Скачать и установить звуковой редактор Audacity - это значит, позаботится о качестве любимого звука, предоставить возможность создавать качественные аудиофайлы. При работе с программным обеспечением не может быть проблемы с форматами, так как результаты работы могут сохраняться в любые необходимые форматы.

Как пользоваться программой Audacity

Меню содержит следующие команды:

"Файл"

"Правка"

"Вид"

Это стандартные команды, значение которых объяснять не стоит.

Также есть функция "Проект", при помощи которой выполняется захват (импорт) файла в программу.

Функция "Эффекты" позволяет усовершенствовать аудиофайл, использовав такие эффекты: хорус, ревер, смена темпа, эхо, эквалайзер и смена высоты звука.

Главная панель содержит функции для выполнения проигрывания (игра, остановка, переход), а также для редактирования файла (изменить громкость, переместить и многое другое).

Группа круглых клавиш, которая появится перед пользователем, предназначена для управления аудиофайлом проекта в целом. Набор квадратных кнопок, предназначен для работы с отдельным треком (выделение, изменение огибающей, изменение сэмплов, масштабирование, сдвиг дорожки и полиинструментальный режим).

Самые важные - это кнопки "Редактирование" (вырезать, скопировать, вставить, обрезать, заполнить тишиной и многое другое). Название кнопок раскрывает суть предназначения.

Последняя операция - сохранение. Для этого необходимо просто указать нужный формат.

Ход выполнения работы

1. Установить программу обработки аудиоинформации Audacity. Убедиться, что установка прошла нормально и на Рабочем столе компьютера высветился ярлык установленной программы.

2. Подключить к компьютеру наушники и микрофон.

Подключаем микрофон в розовый вход на задней панели компьютера

После чего запускаем программу для обработки звуковой информации.

3. Познакомьтесь с описанием программы Audacity.

1) Самостоятельно создайте в своей рабочей папке папку Звукозапись.

2) Запустите программу Audacity.

3) Познакомиться с интерфейсом программы. Рассмотреть кнопки и пиктограммы. Записать назначение каждой кнопки.

4) Зафиксировать вид экрана программы.

5) Приступить к работе с программой. Выполнить следующие упражнения:

а) записать фразу, делая небольшие паузы после каждого слова, для этого:

- щёлкните по кнопке Записать

б) прочитайте в микрофон следующий текст:

«Один, два, три, шесть, семь, восемь, четыре, пять»

- для прекращения записи щелкните по кнопке «Остановить»

- прослушайте полученный звуковой файл, используя кнопку «Воспроизвести»

- вырежьте фрагмент «шесть, семь, восемь» (клавиши: CTRL + X или кнопки на панели);

- вставьте фрагмент «шесть, семь, восемь» после слова «пять» (клавиши: CTRL + V)

Проверьте: получилась фраза «один, два, три, четыре, пять, шесть, семь, восемь»

- из полученной фразы вырезать слова «один, два» и «семь, восемь»

Проверьте: получилась фраза «три, четыре, пять, шесть»

- сохраните полученный звуковой файл, в созданной папке Звукозапись для этого выполните команды: Файл \ Сохранить проект как…

- Имя файла - Счёт, расширение .aup будет присвоено автоматически

- сохраните этот же звуковой файл в папке Звукозапись в формате .wav, для этого выполните следующие команды: Файл \ Экспортировать.

- Имя файла Счёт2, расширение .wav будет присвоено автоматически

Проверьте: в папке Звукозапись должны быть сохранёны файлы Счёт.aup , Счёт2.wav

6) Примените к звуковому файлу Счёт.aup эффект «Плавное затухание», для этого:

- выделите на графике последнюю часть звуковой волны (около 2 секунд)

- выполните команду Эффекты \ Плавное затухание

- прослушайте полученные изменения

- сохраните полученный файл в папке Звукозапись под именем Счёт3.aup

7) Запишите фразу:

«Количество информации, передаваемое за единицу времени, называется скоростью передачи, или скоростью информационного потока»

- скопируйте слово «информации» (клавиши: CTRL + C) и вставьте его после слова «передачи» (клавиши: CTRL + V)

Проверьте: получена фраза «Количество информации, передаваемое за единицу времени, называется скоростью передачи информации, или скоростью информационного потока»

- сохраните полученную фразу в папке Звукозапись, имя файла Информация.wav

8) Запишите фразу:

«Программное обеспечение компьютера можно разделить на три части: системное, прикладное и системы программирования или среда программирования»

- скопируйте слово «программное обеспечение» и вставьте его после слов «системное» и «прикладное»

- вырежьте слова «системы программирования или» (CTRL + X)

Проверьте: получена фраза «Программное обеспечение компьютера можно разделить на три части: системное программное обеспечение, прикладное программное обеспечение и среда программирования»)

- сохраните полученную фразу в папке Звукозапись, имя файла: ПО.wav

8) Используя музыкальный файл Детские песни «Облака», сохраните его в папке Звукозапись под именем Облака.mp3

- оставьте только припев песни (остальное вырезать):

- примените эффект Эквалайзер для второй и третьей части четверостишья (параметры подберите самостоятельно)

- сохраните в папке Звукозапись, имя файла Облака2. wav

- удалите файл Облака.mp3

В результате работы в папке Звукозапись будет 2 проекта и 4 звуковых файла.

Контрольные вопросы

1. Как частота дискретизации и глубина кодирования влияют на качество цифрового звука?

2. С помощью каких устройств можно ввести звук в компьютер?

3. С помощью каких устройств можно ввести звук в компьютере?

4. Что называется периодом измерений?

5. Запишите формулу для расчета размера цифрового аудиофайла.

Задания для самостоятельного выполнения

1. Задание с выборочным ответом. Звуковая плата производит двоичное кодирование аналогового звукового сигнала. Какое количество информации необходимо для кодирования каждого из 65 536 возможных уровней интенсивности сигнала?

1) 16 битов; 2) 256 битов; 3) 1 бит; 4) 8 битов.

2. Задание с развернутым ответом. Оценить информационный объем цифровых звуковых файлов длительностью 10 секунд при глубине кодирования и частоте дискретизации звукового сигнала, обеспечивающих минимальное и максимальное качество звука:

а) моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду;

б) стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.

3. Задание с развернутым ответом. Определить длительность звукового файла, который уместится на дискете 3,5" (учтите, что для хранения данных на такой дискете выделяется 2847 секторов объемом 512 байтов каждый):

а) при низком качестве звука: моно, 8 битов, 8000 измерений в секунду;

б) при высоком качестве звука: стерео, 16 битов, 48 000 измерений в секунду.

4. Задание с развернутым ответом. 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?

Форма отчета по работе

В отчете содержатся:

1. Цели и задачи практической работы.

2. Скрин-шоты изображений рабочего окна программы Audacity, описания кнопок и пиктограмм, расположенных на панелях инструментов, поясняющих и иллюстрирующих их назначение.

3. Ответы на контрольные вопросы.

4. Выполненные задания для самостоятельной работы.

5. Выводы по работе.

Примечание:

Каждое задание выполняется в соответствии с методическими указаниями к работе. Все этапы работы должны быть сохранены и представлены преподавателю на проверку в электронном виде.

Выполненная работа предъявляется на проверку преподавателю на флеш-носителе в электронном виде.

В результате работы в папке Звукозапись будет 2 проекта и 4 звуковых файла.

Отчет по практической работе № 12 распечатывается на принтере, регистрируется у преподавателя и помещается в папку.