Реферат: Средства ввода и вывода звуковой информации
ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНТСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ
Государственноеобразовательное учреждение высшего профессионального образования
«Санкт-Петербургскийгосударственный политехнический университет»
ИНСТИТУТМЕНЕДЖМЕНТА И ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ
(филиал)Санкт-Петербургского государственного политехнического университета в г.Череповце
(ИМИТ СПбГПУ)
Кафедрафинансов
РЕФЕРАТ
Дисциплина: «Информатика»
Тема: Средстваввода и вывода звуковой информации
Выполнилстудент группы з.495
Руководитель ПетроваСветлана Сергеевна
(Ф.И.О., полностью)
№ зачетной книжкиз4090510
Щегряев НиколайАлександрович
(Ф.И.О., полностью)
«____» _____________20___ г.
___________ ______________
отметка о зачете подписьпреподавателя
г. Череповец 2010 г.
План
Введение
1. Цифровоепредставление звуковых сигналов
2. Устройства дляввода и вывода звуковой информации (звуковые адаптеры)
2.1 Устройства выводазвуковой информации
2.1.1 Колонки
2.1.2 Динамик
2.1.3 Наушники
2.2 Устройства вводазвуковой информации
2.2.1 Микрофон
Заключение
Списокиспользуемой литературы
Введение
звуковойсигнал ввод вывод
Для начала выясним, чтотакое звук. Звук — это колебания (волны), распространяющиеся в воздухе илидругой среде от источника колебаний во всех направлениях. Когда волны достигаютвашего уха, расположенные в нем чувствительные элементы воспринимают этувибрацию и вы слышите звук.
Каждый звукхарактеризуется частотой и интенсивностью (громкостью).
Частота — это количество звуковых колебанийв секунду; она измеряется в герцах (Гц). Один цикл (период) — это одно движениеисточника колебания (туда и обратно). Чем выше частота, тем выше тон.
Человеческое уховоспринимает лишь небольшой диапазон частот. Очень немногие слышат звуки ниже16 Гц и выше 20 кГц (1 кГц = 1 000 Гц). Частота звука самой низкой ноты нарояле равна 27 Гц, а самой высокой — чуть больше 4 кГц. Наивысшая звуковаячастота, которую могут передать радиовещательные FM-станции, — 15 кГц.
Громкость звукаопределяется амплитудой колебаний. Амплитуда звуковых колебаний зависит впервую очередь от мощности источника звука. Например, струна пианино при слабомударе по клавише звучит тихо, поскольку диапазон ее колебаний невелик. Если жеударить по клавише посильнее, то амплитуда колебаний струны увеличится.Громкость звука измеряется в децибелах (дБ). Шорох листьев, например, имеетгромкость около 20 дБ, обычный уличный шум — около 70 дБ, а близкий удар грома— 120 дБ.
В настоящее время звуковыеустройства стали неотъемлемой частью каждого персонального компьютера. Впроцессе конкурентной борьбы был выработан универсальный, широко поддерживаемыйстандарт звукового программного и аппаратного обеспечения. Звуковые устройствапревратились из дорогих экзотических дополнений в привычную часть системыпрактически любой конфигурации.
Системы мультимедианачинались со звука, который воспринимается независимо от изображения, ненаносит ущерба восприятию выводимой на экран информации, а при хорошем качестведаже дополняет ее и повышает восприимчивость пользователя, оказывает сильноепсихологическое воздействие на оператора, создает настроение. Звуковоесопровождение служит дополнительным способом передачи информации об основном ифоновом процессах, например, воспроизведение речи дает представление обиндивидуальности говорящего, помогает разобраться в произношении слов.
Но звуковая (аудио илиакустическая) информация имеет и самостоятельное значение. Можно выделить тринаправления в использовании звуковых возможностей систем мультимедиа:
1. бытовые системымультимедиа используют звуковые возможности ПЭВМ в обучающих, развивающихпрограммах (обучение чтению, произношению, музыке); в энциклопедиях исправочниках (бытовых -медицина, расписания движения автобусов, поездов,самолетов, прогноз погоды, репертуар театров и др.). В бытовых системахиспользование таких музыкальных редакторов, как Skream Tracker, позволяетперейти на качественно новый уровень использования аудиосистем — от пассивноговосприятия музыки к активной работе с музыкальными произведениями безмузыкального образования; к реализации цветомузыки на экране ПЭВМ;
2. мультимедиа бизнес-приложенияиспользуют звук в следующих целях: тренинг (профессиональные обучающие системы:иностранному языку, распознаванию голосов птиц, распознаванию шумов в сердце идругих органах, при обучении радиотелеграфистов); презентации (т.е.демонстрация товара с помощью ЭВМ); проведение озвученных видео- ителеконференций; голосовая почта; автоматическое стенографирование (восприятиеречи и перевод ее в текстовый вид); использование голоса пользователя в целяхзащиты (электронные замки, доступ к программному обеспечению и информации вЭВМ, к банковским сейфам и др.);
3. профессиональныемультимедиа системы — это средства производства озвученных видеофильмов,домашние музыкальные студии (музыкальные редакторы типа Skream Tracker, WhackerTracker и др. позволяют наиграть мелодию, выполнить программную ее обработку(изменить высоту тона, длительность звучания, тип инструмента, скоростьнажатия-отпускания клавиши, синтезировать звуковые эффекты, воспроизвести илизаписать на стандартную звукозаписывающую аппаратуру).
1. Цифровое представление звуковых сигналов
Исходная форма звуковогосигнала — непрерывное изменение амплитуды во времени — представляется вцифровой форме с помощью перекрестной дискретизации по времени и по уровню.Одновременно с временной дискретизацией выполняется амплитудная — измерениемгновенных значений амплитуды и их представление в виде числовых величин.Полученный поток чисел (серии двоичных чисел) называют импульсно-кодовоймодуляцией — PCM
Устройство звуковой карты
Рис. 1
/>
Line in, Mic in — линейный и микрофонныйвходы
Aux: сигнал с этого входа минует всеустройства и сразу идет на выход.
CD in используется для CD-ROM.
У всех разъем mini-Jack
На задней панели платыесть 15-пиновый разъем midi/джойстик порта, используется для подключениясинтезаторов, клавиатур или джойстика.
Все сигналы с внешнихаудиоустройств поступают во входной микшер, он служит для усиления.
АЦП — аналогово-цифровойпреобразователь. Замеряет амплитуду поступающего сигнала и кодируетсоотношения.
ЦАП — цифро-аналоговый преобразователь.Заменяет коды, преобразует в аналоговый сигнал.
DSP-сигнальный процессор управляет обменом данных со всемиостальными устройствами компьютера через шину ISA или PCI
Синтезатор — имитация музыкальных инструментов.
FM (Frequency Modulation — частотнаямодуляция) синтезатор для сохранения совместимости с Sound Blaster.
Wave Table-синтезатор для получения качественного звука.
RAM — оперативная память используетсядля загрузки звука
ROM — постоянная память, в ней хранятсяобразцы звучания
Основные форматы
1) MIDI(Musical Instrument Digital Interface) (30-150 Кб). Позволяетзадействовать ресурсы процессора и памяти компьютера.
2) WAV (30-50 Мб).Представление звука в том виде, какой он есть — в виде цифрового представленияисходного звукового колебания или звуковой волны. Позволяет работать со звукамилюбого вида, любой формы и длительности.
3) Mp3 — самая сложнаясхема из семейства Mpeg — требует больше затрат времени на кодирование и болеевысокое качество звука. Самый распространенный формат хранения музыки.
2. Устройства для ввода и выводазвуковой информации (звуковые адаптеры)
2.1 Устройства выводазвуковой информации
— колонки;
— наушники;
— электроакустическиеаппараты для воспроизведения речи, музыки и прочее.
По способу звукоизлученияразличают:
— рупорные (наиболеераспространены, т. к. обладают большей отдачей);
— безрупорные.
2.1.1Колонки
Колонкислужат для прослушивания музыки и звуков. Бывают разных размеров и мощности.Самый простой вариант – 2 колонки, но бывают комплекты состоящие из большегоколичества колонок.
Колонка- акустическая система— устройство для воспроизведения звука. Преобразовательэлектрического сигнала в звуковое давление.
Акустическаясистема бывает однополосной (один широкополосный излучатель, например,динамическая головка) и многополосной (две и более головок, каждая из которыхсоздаёт звуковое давление в своей частотной полосе).
Хорошие колонки имеютмагнитный экран или улучшенную конструкцию магнитной системы.
Существует два видаколонок:
— активные (встроенныйусилитель, требуют дополнительных источников питания, регулятор громкости итембра);
— пассивные (маленькаямощность).
2.1.2 Динамик
Динамик ПК (англ. PC speaker) — простейшееустройство воспроизведения звука, применявшееся в IBM PC и совместимых ПК.Звучит довольно грубо и может раздражать некоторых пользователей. До появлениянедорогих звуковых плат динамик являлся основным устройством воспроизведениязвука.
Благодарянизкому качеству и примитивности звуков, воспроизводимых устройством, онополучило ряд кличек — PC squeaker и PC beeper в английском языке; «скрипер»,«хрипер», «хрюкер» и т. п. в русском.
В настоящеевремя PC speaker остаётся штатным устройством IBM PC-совместимых компьютеров, ив основном используется для подачи сигналов об ошибках, в частности припроведении POST. Некоторые программы (Skype) можно настроить на вывод звуковыхсигналов через динамик — это бывает удобно, когда к звуковой плате подключены наушники(по умолчанию не надетые).
Имеются дваспособа управления динамиком:
- программируемыйтаймер, генерирующий прямоугольную звуковую волну заданной частоты без участия центральногопроцессора. Это позволяет проигрывать простые одноголосые звуковые сигналы.Если программа зависала во время проигрывания звука, таймер продолжал работать,выдавая одну ноту, пока компьютер не перезагрузят;
- прямое управлениемембраной через порт 61hс дискретностью в 1 бит. Подавая с большой частотой то 0, то 1, с помощью широтно-импульсноймодуляции можно синтезировать низкокачественный оцифрованный звук — правда, засчёт существенного использования ресурсов процессора. Все подобные программы неработают в многозадачных операционных системах.
2.1.3 Наушники
Классификациянаушников:1. По способупередачи звука:- проводные — соединены с источником проводом,поэтому могут обеспечить максимальное качество звука (соответственно, имеющиепрофессиональную направленность наушники относятся исключительно к этому типу);
- беспроводные — соединены с источником посредствомбеспроводного канала, того или иного типа — радио, инфракрасным, Bluetooth.Мобильны, но имеют привязанность к базе (излучателю) и ограниченный радиусдействия, определяемый мощностью излучателя. Обладают более низким качествомзвука по сравнению с проводными, в силу процесса модуляции прикодировании-декодировании, необходимых при передаче сигнала от излучателя кприёмнику в наушниках.
2. По типуконструкции (виду):- вставные (обиходное название — «вкладыши») —вставляются в ушную раковину;
- внутриканальные (обиходное название — «затычки») —вставляются в ушной канал;
- накладные — накладываются на ухо;
- полноразмерные или мониторные — полностьюобхватывают ухо.
3. По типукрепления:
- оголовье — наушники с вертикальной дужкой,которая соединяет две чашечки наушников;
- затылочная дужка — соединяет две части наушников, норасполагается на затылке. Основная механическая нагрузка направлена на уши;
- крепления на ушах — обычно наушники такого типазакрепляются на ушах с помощью заушины или клипс;
- без креплений — они держатся только за счетамбушюров, которые находятся в ушном проходе.
4. По способуподключения кабеля:- двухсторонние — соединительный кабель подводится ккаждой из чашек наушников;
- односторонние — соединительный кабель подводитсятолько к одной из чашек наушников, вторая подключается отводом провода отпервой, зачастую тот спрятан в дужке.
5. По конструкцииизлучателя:- динамические — используют электродинамическийпринцип преобразования. Самый распространённый тип наушников. Конструктивнонаушник представляет собой излучатель или мембрану, к которой прикрепленакатушка с проводом, находящаяся в магнитном поле постоянного магнита. Есличерез нее пустить переменный ток, то магнитное поле, создаваемое катушкой,будет взаимодействовать с магнитным полем постоянного магнита, в результатечего мембрана будет двигаться, повторяя форму электрического сигнала звуковойчастоты (см. статью «Громкоговоритель»). Электродинамический способпреобразования сигнала имеет множество недостатков и ограничений, но постоянносовершенствующаяся конструкция таких наушников и новые материалы позволяютдостигнуть очень высокого качества звука;
- с уравновешеннымякорем — основнойдеталью является П-образный якорь из ферромагнитного сплава. В разговорной речиих часто называют «арматурными» из-за созвучия английского слова armature(якорь) русским арматура;
- электростатические — используют тончайшую мембрану,расположенную между двумя электродами. Стоимость таких наушников обычно высока,однако они демонстрируют очень высокую чувствительность и высокую верностьвоспроизводимого звука. Недостаток — их нельзя напрямую подключить кстандартному выходу на наушники, поэтому к ним в комплекте идёт специальнаядок-станция;
- изодинамические — тонкая плёночная мембрана, снанесёнными на неё металлическими токопроводящими дорожками, заключена врешетку из стержневых магнитов и колеблется между ними;
- ортодинамические — по принципу аналогичныизодинамическим, но мембрана и магниты имеют круглую форму.
6. По типуакустического оформления:- открытого типа — частично пропускают внешние звуки,что позволяет достичь более естественного звучания. Многие слушатели отмечаютзвук открытых наушников как более прозрачный и натуральный по сравнению со звукомзакрытых наушников. Кроме того, открытое акустическое оформление не делает васаудиально «отрезанным» от окружающего мира. Однако при высоком уровне внешнегошума звук в открытых наушниках будет плохо слышен. К тому же открытые наушники,работающие на большой громкости, могут помешать окружающим. Не создают давленияна внутреннее ухо;
- полуоткрытоготипа (или полузакрытоготипа) — обладают многими свойствами открытых наушников, но при этомобеспечивают приличную звукоизоляцию;
- закрытого типа — не пропускают внешние шумы иобеспечивают максимальную звукоизоляцию, что позволяет использовать их в шумныхсредах, а также в тех случаях, когда необходимо полностью сосредоточиться напрослушивании. При плохом прилегании амбушюров (чашечек) у закрытых наушниковухудшается воспроизведение низких частот, поэтому у закрытых наушников с дужкойдавление, производимое ими на голову, как правило выше, чем у открытых.
7. Посопротивлению:- низкоомные — с сопротивлением от единиц Ом донескольких сотен Ом;
- высокоомные — с сопротивлением от единиц кОм донескольких десятков кОм.
ТехническиехарактеристикиПиктограмма наушников.Ставится для идентификации разъёмов, регуляторов и пр.
Основнымитехническими характеристиками являются: частотный диапазон, чувствительность,сопротивление, максимальная мощность и уровень искажений в процентномсоотношении.
1. Частотнаяхарактеристика
Эта характеристика влияетна качество звука наушников. Наушники с большим диаметром мембраны имеютповышенное качество звучания. Среднее значение частотной характеристики 18 Гц —20 000 Гц. Некоторые профессиональные наушники имеют частотный интервал от 5 Гцдо 60000 Гц. Наиболее широкий заявленный частотный диапазон у некоторых моделейдостигает 5 Гц — 125 кГц.
2. Чувствительность
Чувствительность влияетна громкость звука в наушниках. Обычно наушники обеспечивают чувствительностьне менее 100 дБ, при меньшей чувствительности звук может быть слишком тихим(особенно при использовании наушников с плеером или подобными устройствами). Начувствительность влияет материал магнитного сердечника, применяемого внаушниках (например, неодимовые магнитные сердечники). Наушники-«вкладыши» смалым диаметром мембраны обладают маломощным магнитом.
3. Сопротивление(импеданс)
Здесь важно соответствиезначения модуля полного электрического сопротивления наушников и выходногосопротивления источника звука. Большинство наушников рассчитано на сопротивлениев 32 Ома. Наушники с сопротивлением в 16 Ом имеют повышенную излучаемую акустическуюмощность. Для студийной работы используют наушники с максимальным значениемимпеданса.
4. Максимальнаямощность
Максимальная (паспортная)входная мощность обуславливает громкость звучания.
5. Уровень искажений
Уровень искажений внаушниках измеряется в процентах. Чем меньше этот процент, тем лучше качествозвучания. Привносимые наушниками искажения менее 1 % в полосе частот от 100 Гцдо 2 кГц являются приемлемыми, тогда как для полосы ниже 100 Гц допустимо 10 %.
Типысоединительных разъемов- Jack;
- Mini-jack;
- Micro-jack.
2.2 Устройства вводазвуковой информации
К устройствам вводазвуковой информации относятся микрофоны. Эти устройства преобразуют звуковыеколебания в электрические.
2.2.1 Микрофон
Микрофон используется для ввода звука вкомпьютер. Непрерывные электрические колебания, идущие от микрофона,преобразуются в числовую последовательность. Эту работу выполняет устройство,подключаемое к компьютеру, которое называется аудиоадаптером, или звуковойкартой. Воспроизведение звука, записанного в компьютерную память, также происходитс помощью аудиоадаптера, преобразующего оцифрованный звук в аналоговыйэлектрический сигнал звуковой частоты, поступающий на акустические колонки или стереонаушники.Из сказанного следует, что звуковая карта совмещает в себе функции ЦАП и АЦП.Рис. 2 «Преобразование звука при вводе и выводе» иллюстрирует описанныйпроцесс.
Рис. 2
/>
Заключение
Несмотря на то, чтозвуковые колонки или наушники технически не являются частью MPC-спецификации,они определенно необходимы для воспроизведения звука. Кроме того, для вводаголосовой информации, используемой для записи звука или речевого управлениякомпьютером, требуется микрофон. Системы, оснащенные звуковым адаптером, обычносодержат также недорогие пассивные или активные колонки, которые, конечно,могут быть заменены более подходящими по размеру колонками или наушниками,обеспечивающими требуемое качество и частотные характеристики воспроизводимогозвука.
Мультимедийный компьютер,оснащенный колонками и микрофоном, обладает рядом возможностей:
— добавление стереозвукак развлекательным (игровым) программам;
— увеличениеэффективности образовательных программ (для маленьких детей);
— добавление звуковыхэффектов в демонстрационные и обучающие программы;
— создание музыки спомощью аппаратных и программных средств MIDI;
— добавление в файлызвуковых комментариев;
— реализация звуковыхсетевых конференций;
— добавление звуковыхэффектов к событиям операционной системы;
— звуковоевоспроизведение текста;
— проигрываниеаудиокомпакт-дисков;
— проигрывание файловформата .mp3;
— проигрываниевидеоклипов;
— воспроизведениеDVD-фильмов;
— поддержка управленияголосом.
Таким образом, как нашасегодняшняя жизнь не мыслима без компьютера, так и сегодняшний компьютер (а также созданная на базе ПК бытовая и прочая техника) мы уже не представим безсовременных устройств ввода и вывода информации, в том числе и звуковой.
Список используемой литературы
1. Могилев А.В.Информатика: Учеб. пособие для студ. пед. вузов / А.В.
2. Могилев, Н.И.Пак, Е.К. Хеннер; Под ред. Е.К. Хеннера. — 3-е изд. перераб и доп. — М.:Издательский центр «Академия», 2004. — 848 с.
3. Симонович С.В.,Евсеев Г.А., Алексеев А.Г. Специальная информатика: Учебное пособие. — М.:АСТ-ПРЕСС: Инфорком-Пресс, 1999. — 480 с.
4. Левин А.Ш.Самоучитель компьютерной графики и звука. 2-е изд. — СПб.: Питер, 2006. — 640 с
5. Компьютер длястудентов, аспирантов и преподавателей. Самоучитель.: учеб. пособие / Под ред.В.Б. Комягина. — М.: ТРИУМФ, 2001. — 656 с.
6. Мельников П.П.Технология разработки HTML-документов: Учеб. пособие. — М.: Финансы истатистика, 2005. — 112 с.
7. Экономическаяинформатика и вычислительная техника: Учебник / Г.А.Титоренко, Н.Г. Черняк,Л.В. Ерешин и др; под редакцией В.П.Косарева, А.Ю. Королева — Изд. 2-е,переработки и дополнение — М.: Финансы и статистика, 1996 — 336 с.
8. Милютина И.А.Технические средства компьютерных информационных технологий. Методическиерекомендации к таблицам по инф-ке. 1-й выпуск — М: АО «Московские учебникии Картометография» 1997 — 79 с.