Для того чтобы произвести оцифровку сигнала, необходимо разбить непрерывную звуковую волну на отдельные участки, т. е. рассматривать наборы состояний, а значит нужно выполнить дискретизацию звука. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, причем для каждого такого участка устанавливается определенная величина интенсивности звука. Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определённая величина интенсивности звука. При разложении непрерывной звуковой волны на гармоники получается спектр колебаний, который определяет тональный состав звука. Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определённая величина интенсивности звука.
Преобразование непрерывной звуковой волны в последовательность
Что такое звуковой удар и как он ощущается Эта ударная волна создаётся во время полёта самолёта Звуковой удар представляет собой глубокий громоподобный шум. И вот как он связан с авиалайнерами. Также его можно услышать. Часто говорят, что при таком ударе возникает звук взрыва или выстрела.
В которой происходит звучание и прочие параметры, характеризующие особенности звука.
Поскольку в качестве образцов используются «реальные» звуки, качество звука, полученного в результате синтеза, получается очень высоким и приближается к качеству звучания реальных музыкальных инструментов. Звуковые файлы имеют несколько форматов. Наиболее популярны из них. MIDI изначально был предназначен для управления музыкальными инструментами.
В настоящее время используется в области компьютерных модулей синтеза. Формат аудиофайла. WAV представляет произвольный звук в виде цифрового представления исходного звукового колебания или звуковой волны. Все стандартные звуки Windows имеют расширение.
MP3 — один из цифровых форматов хранения звуковой информации. Он обеспечивает более высокое качество кодирования.
Аналоговыми источниками являются: винил и аудиокассеты. Преимущества и недостатки аналогового сигнала Преимуществом аналогового сигнала является то, что именно в аналоговом виде мы воспринимаем звук своими ушами. И хотя наша слуховая система переводит воспринимаемый звуковой поток в цифровой вид и передает в таком виде в мозг, наука и техника пока не дошла до возможности именно в таком виде подключать плееры и другие источники звука напрямик. Подобные исследования сейчас активно ведутся для людей с ограниченными возможностями, а мы наслаждаемся исключительно аналоговым звуком. Недостатком аналогового сигнала являются возможности по хранению, передаче и тиражированию сигнала.
При записи на магнитную ленту или винил, качество сигнала будет зависеть от свойств ленты или винила. Со временем лента размагничивается и качество записанного сигнала ухудшается. Каждое считывание постепенно разрушает носитель, а перезапись вносит дополнительные искажения, где дополнительные отклонения добавляет следующий носитель лента или винил , устройства считывания, записи и передачи сигнала. Делать копию аналогового сигнала, это все равно, что для копирования фотографии ее еще раз сфотографировать. Преимущества и недостатки цифрового сигнала К преимуществам цифрового сигнала относится точность при копировании и передачи звукового потока, где оригинал ничем не отличается от копии. Основным недостатком можно считать то, что сигнал в цифровом виде является промежуточной стадией и точность конечного аналогового сигнала будет зависеть от того, насколько подробно и точно будет описана координатами звуковая волна. Вполне логично, что чем больше будет точек и чем точнее будут координаты, тем более точной будет волна.
Но до сих пор нет единого мнения, какое количество координат и точность данных является достаточным для того, что бы сказать, что цифровое представление сигнала достаточно для точного восстановления аналогового сигнала, неотличимого от оригинала нашими ушами. Если оперировать объемами данных, то вместимость обычной аналоговой аудиокассеты составляет всего около 700-1,1 Мб, в то время как обычный компакт диск вмещает 700 Мб. Это дает представление о необходимости носителей большой емкости. И это рождает отдельную войну компромиссов с разными требованиями по количеству описывающих точек и по точности координат. На сегодняшний день считается вполне достаточным представление звуковой волны с частотой дискретизации 44,1 кГц и разрядности 16 бит. При частоте дискретизации 44,1 кГц можно восстановить сигнал с частотой до 22 кГц. Как показывают психоакустические исследования, дальнейшее повышение частоты дискретизации мало заметно, а вот повышение разрядности дает субъективное улучшение.
Мы рассмотрим поверхностно основные принципы. Если по комментариям будет виден интерес более подробно рассмотреть ряд моментов, то будет выпущен отдельный материал.
Называется оно аналого-цифровой преобразователь АЦП. Подробнее рассмотрим эти процессы.
Каждой «ступеньке» присваивается значение громкости звука 1, 2, 3 и т. Характеристики оцифрованного звука. Качество звука зависит от двух характеристик — глубины кодирования звука и частоты дискретизации.
4 2 Панорамирование
Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные участки по времени, для каждого устанавливается своя величина амплитуды. Например, следующая звуковая волна была разбита с глубиной кодирования, равной 3 битам (поэтому уровней громкости ровно 2 ^ 3 = 8 и каждый закодирован кодом, длиной в 3 символа) и частотой дискретизации 4 Гц. Неподвижный объект, испускающий звуковые волны, по классике сравнивают с брошенным в воду камнем: камень возмущает спокойную водную гладь, вызывая появление кругов, где высота образующихся волн будет амплитудой колебаний – «громкостью» нашей волны.
Дифракция и дисперсия света. Не путать!
Например, частота дискретизации аудио на компакт-дисках составляет 44,1 кГц, т. Какое устройство преобразует цифровые сигналы в аналоговые и наоборот? Цифро-аналоговый преобразователь ЦАП — устройство для преобразования цифрового обычно двоичного кода в аналоговый сигнал ток, напряжение или заряд. Цифро-аналоговые преобразователи являются интерфейсом между дискретным цифровым миром и аналоговыми сигналами. Как представляется Звуковая информация в компьютере? Ввод звука в компьютер производится с помощью звукового устройства, микрофона или радио, выход которого подключается к порту звуковой карты. Рассмотрим подробнее процесс ввода звука в компьютер.
Звуковые сигналы непрерывны. С помощью микрофона звуковой сигнал превращается в непрерывный электрический сигнал. Какая дискретизация производится в процессе кодирования непрерывного звукового сигнала? В процессе кодирования непрерывного звукового сигнала производится временная дискретизация. В чем суть FM метода кодирования звука? Во-вторых, FM Frequency Modulation, частотная модуляция — это аналоговое преобразование, когда отклонение частоты высокочастотной несущей пропорционально напряжению звукового сигнала.
Что такое дискретизация простыми словами? Дискретизация — процесс превращения непрерывного сигнала в цифровой, путем измерения числовых значений амплитуды сигнала через равные интервалы времени. Что такое выборка сигнала? Выборка определяется как «Процесс измерения мгновенных значений непрерывного сигнала в дискретной форме». Выборка — это фрагмент данных, взятый из целых данных, который непрерывен во временной области. Что такое 4 2 2?
Чем измеряется глубина в физике? Эхолот — технический прибор, в основе которого лежит использование часов для измерения глубины океана. Чем можно измерить глубину? Основной прибор для измерения глубины — это эхолот. Его принцип действия основан на излучении ультразвукового сигнала, который направляется в воду и возвращается обратно, отражаясь от дна.
Как отмечается в физике глубина? Поэтому, когда речь не идёт об особой «новой физике», принято оперировать термином «масса» и использовать обозначение m без пояснений.
Очень важной характеристикой слуховой системы человека является способность различать два тона с разными частотами. Опытные проверки показали, что в полосе от 0 до 16 кГц человеческий слух способен различать до 620 градаций частот в зависимости от интенсивности звука , при этом примерно 140 градаций находятся в промежутке от 0 до 500 Гц. На восприятии высоты звука для чистых тонов сказываются также интенсивность и длительность звучания. В частности, низкий чистый тон покажется еще более низким, если увеличить интенсивность его звучания. Обратная ситуация наблюдается с высокочастотным чистым тоном — увеличение интенсивности звучания сделает субъективно воспринимаемую высоту тона еще более высокой. Длительность звучания сказывается на воспринимаемой высоте тона критическим образом. Так, очень кратковременное звучание менее 15 мс любой частоты покажется на слух просто резким щелчком — слух будет неспособен различить высоту тона для такого сигнала. Высота тона начинает восприниматься лишь спустя 15 мс для частот в полосе 1000 — 2000 Гц и лишь спустя 60 мс — для частот ниже 500 Гц. Это явление называется инерционностью слуха. Инерционность слуха связана с устройством базилярной мембраны. Кратковременные звуковые всплески не способны заставить мембрану резонировать на нужной частоте, а значит мозг не получает информацию о высоте тона очень коротких звуков. Минимальное время, требуемое для распознавания высоты тона, зависит от частоты звукового сигнала, а, точнее, от длины волны. Чем выше частота звука, тем меньше длина звуковой волны, а значит тем быстрее «устанавливаются» колебания базилярной мембраны. В природе мы почти не сталкиваемся с чистыми тонами. Звучание любого музыкального инструмента является сложным и состоит из множества частотных составляющих. Тем не менее, даже при одинаковой высоте звучания, звук, например, скрипки отличается на слух от звука рояля. Это связано с тем, что помимо высоты звучания слух способен оценить также общий характер, окрас звучания, его тембр. Тембром звука называется такое качество восприятия звука, которое, в не зависимости от частоты и амплитуды, позволяет отличить одно звучание от другого. Тембр звука зависит от общего спектрального состава звучания и интенсивности спектральных составляющих, то есть от общего вида звуковой волны, и фактически не зависит от высоты основного тона. Немалое влияние на тембр звучания оказывает явление инерционности слуховой системы. Это выражается, например, в том, что на распознавание тембра слуху требуется около 200 мс. Громкость звука — это одно из тех понятий, которые мы употребляем ежедневно, не задумываясь при этом над тем, какой физический смысл оно несет. Громкость звука — это психологическая характеристика восприятия звука, определяющая ощущение силы звука. Громкость звука, хотя и жестко связана с интенсивностью, но нарастает непропорционально увеличению интенсивности звукового сигнала. На громкость влияет частота и длительность звукового сигнала. Чтобы правильно судить о связи ощущения звука его громкости с раздражением уровнем силы звука , нужно учитывать, что изменение чувствительности слухового аппарата человека не точно подчиняется логарифмическому закону. Существуют несколько единиц измерения громкости звука. Первая единица — «фон» в англ. Говорят, «уровень громкости звука составляет n фон», если средний слушатель оценивает сигнал как равный по громкости тону с частотой 1000 Гц и уровнем давления в n дБ. Фон, как и децибел , по сути не является единицей измерения, а представляет собой относительную субъективную характеристику интенсивности звука. Каждая кривая на графике показывает уровень равной громкости с начальной точкой отсчета на частоте 1000 Гц. Иначе говоря, каждая линия соответствует некоторому значению громкости, измеренной в фонах. Например, линия «10 фон» показывает уровни сигнала в дБ на разных частотах, воспринимаемых слушателем как равные по громкости сигналу с частотой 1000 Гц и уровнем 10 дБ. Важно заметить, что приведенные кривые не являются эталонными, а приведены в качестве примера. Современные исследования ясно свидетельствуют, что вид кривых в достаточной степени зависит от условий проведения измерений, акустических характеристик помещения, а также от типа источников звука громкоговорители, наушники. Таким образом, эталонного графика кривых равных громкостей не существует. Важной деталью восприятия звука слуховым аппаратом человека является так называемый порог слышимости - минимальная интенсивность звука, с которой начинается восприятие сигнала. Как мы видели, уровни равной громкости звука для человека не остаются постоянным с изменением частоты. Иными словами, чувствительность слуховой системы сильно зависит как от громкости звука, так и от его частоты. В частности, и порог слышимости также не одинаков на разных частотах. Например, порог слышимости сигнала на частоте около 3 кГц составляет чуть менее 0 дБ, а на частоте 200 Гц — около 15 дБ. Напротив, болевой порог слышимости мало зависит от частоты и колеблется в пределах 100 — 130 дБ. График порога слышимости представлен на рис. Обратим внимание, что поскольку, острота слуха с возрастом меняется, график порога слышимости в верхней полосе частот различен для разных возрастов. Частотные составляющие с амплитудой ниже порога слышимости то есть находящиеся под графиком порога слышимости оказываются незаметными на слух. Интересным и исключительно важным является тот факт, что порог слышимости слуховой системы, также как и кривые равных громкостей, является непостоянным в разных условиях. Представленные выше графики порога слышимости справедливы для тишины. В случае проведения опытов по измерению порога слышимости не в полной тишине, а, например, в зашумленной комнате или при наличии какого-то постоянного фонового звука, графики окажутся другими. Это, в общем, совсем не удивительно. Ведь идя по улице и разговаривая с собеседником, мы вынуждены прерывать свою беседу, когда мимо нас проезжает какой-нибудь грузовик, поскольку шум грузовика не дает нам слышать собеседника. Этот эффект называется частотной маскировкой. Причиной появления эффекта частотной маскировки является схема восприятия звука слуховой системой. Мощный по амплитуде сигнал некоторой частоты f m вызывает сильные возмущения базилярной мембраны на некотором ее отрезке. Близкий по частоте, но более слабый по амплитуде сигнал с частотой f уже не способен повлиять на колебания мембраны, и поэтому остается «незамеченным» нервными окончаниями и мозгом. Эффект частотной маскировки справедлив для частотных составляющих, присутствующих в спектре сигнала в одно и то же время. Однако в виду инерционности слуха, эффект маскировки может распространяться и во времени. Так некоторая частотная составляющая может маскировать другую частотную составляющую даже тогда, когда они появляются в спектре не одновременно, а с некоторой задержкой во времени. Этот эффект называется временной маскировкой. В случае, когда маскирующий тон появляется по времени раньше маскируемого, эффект называют пост-маскировкой. В случае же, когда маскирующий тон появляется позже маскируемого возможен и такой случай , эффект называет пре-маскировкой. Пространственное звучание. Человек слышит двумя ушами и за счет этого способен различать направление прихода звуковых сигналов. Эту способность слуховой системы человека называют бинауральным эффектом. Механизм распознавания направления прихода звуков сложен и, надо сказать, что в его изучении и способах применения еще не поставлена точка. Уши человека расставлены на некотором расстоянии по ширине головы. Скорость распространения звуковой волны относительно невелика. Сигнал, приходящий от источника звука, находящегося напротив слушателя, приходит в оба уха одновременно, и мозг интерпретирует это как расположение источника сигнала либо позади, либо спереди, но не сбоку. Если же сигнал приходит от источника, смещенного относительно центра головы, то звук приходит в одно ухо быстрее, чем во второе, что позволяет мозгу соответствующим образом интерпретировать это как приход сигнала слева или справа и даже приблизительно определить угол прихода.
Пусть, например, она достигает значения скорости звука над Ближнем Муракино. Обычно в таких случаях думают, что самолёт преодолел "звуковой барьер" над Ближним Муракино, и что если уж у нас так громыхнуло! Наверное, хозяйки перепуганную скотину по огородам ловят. Успокойтесь, никто никого не ловит. А в Ближнем Муракине всё относительно спокойно: они просто думают, что по "настоящему" то громыхнуло в Среднем Муракине, а им самим повезло. Что думают жители Среднего Муракина про возможные разрушения в Дальнем Муракино, догадаться уже нетрудно. Если Вы и здесь всё поняли, то опишем звуковые эффекты от пролёта сверхзвукового самолёта, но не у нас над головой, а несколько в стороне. То есть, как в реальной жизни. Самолёт показался слева от нас в виде маленькой точки, и он стремительно приближается. Мы его не слышим. Самолёт преодолел точку, ближайшую от нас до его траектории. Именно из этой точки мы начнём слышать звук самолёта. Но мы, пока, ничего не слышим. Самолет достиг точки "начала звучания... Этот рисунок, на самом деле, ничего и не означает, кроме момента "начала звучания". Что мы должны услышать? Небо перед нами - из ближайшей точки к траектории самолёта - как будто разорвалось. Но не от грохота, а от рева. Это ещё не удар! И ощущение такое, что его раздирают два самолёта: один летит вправо, а другой влево. Звук самолёта уходящего вправо начинает превалировать над звуком самолёта уходящего влево. От чего это происходит - подумайте сами. Наконец, слева раздаётся раскат грома. Может быть резкий, а может быть приглушённый. От чего это зависит - подумайте сами. Если Вы терпеливо дочитали до этого места, то я очень рад. Надеюсь, нас уже двое, тех кто знает, почему полёт сверхзвукового самолёта сопровождается рёвом и грохотом. И, самое интересное, чтобы это узнать нам не потребовалось никаких аэродинамических труб, продырявленных конусов Маха и корабликов на воде. А понадобился только закон сохранения энергии, о котором каждому посетителю этого сайта предлагаю просто всегда помнить.
Непрерывная волна
Преодоление судном волнового кризиса означает выход на режим глиссирования скольжения корпуса по поверхности воды. Двигатели[ править править код ] Конструкция реактивного двигателя значительно меняется между сверхзвуковыми и дозвуковыми самолетами. Реактивные двигатели , как класс, могут обеспечить повышенную топливную экономичность на сверхзвуковых скоростях, даже если их удельный расход топлива больше на более высоких скоростях. Поскольку их скорость над землёй больше, это снижение эффективности меньше, чем пропорционально скорости до тех пор, пока она не превысит 2 Маха, а потребление на единицу расстояния ниже. Турбовентиляторные двигатели повышают эффективность за счет увеличения количества холодного воздуха низкого давления, который они ускоряют, используя часть энергии, обычно используемой для ускорения горячего воздуха в классическом турбореактивном двигателе без двухконтурности. Конечным выражением этой конструкции является турбовинтовой двигатель , в котором почти вся реактивная тяга используется для питания очень большого вентилятора — пропеллера. Кривая эффективности конструкции вентилятора означает, что степень двухконтурности , которая максимизирует общую эффективность двигателя, зависит от скорости движения вперед, которая уменьшается от пропеллеров к вентиляторам и вообще не переходит в двухконтурность с увеличением скорости. Кроме того, большая лобовая площадь, занимаемая вентилятором низкого давления в передней части двигателя, увеличивает лобовое сопротивление , особенно на сверхзвуковых скоростях [3]. Например, ранние Ту-144 были оснащены турбовентиляторным двигателем с низкой степенью двухконтурности , и были намного менее эффективны, чем турбореактивные двигатели Concorde в сверхзвуковом полёте. Более поздние модели имели турбореактивные двигатели с сопоставимой эффективностью.
Эти ограничения означали, что конструкции сверхзвуковых авиалайнеров не смогли воспользоваться преимуществами значительного улучшения экономии топлива, которое двигатели с высокой двухконтурностью принесли на рынок дозвуковых двигателей, но они уже были более эффективными, чем их дозвуковые турбовентиляторные аналоги. Структурные проблемы[ править править код ] Сверхзвуковые скорости транспортных средств требуют более узких конструкций крыла и фюзеляжа и подвержены большим нагрузкам и температурам. Это приводит к проблемам аэроупругости , которые требуют более тяжелых конструкций для минимизации нежелательного изгиба. Сверхзвуковые авиалайнеры также требуют гораздо более прочной и, следовательно, более тяжелой конструкции, поскольку их фюзеляж должен быть герметизирован с большим перепадом давления, чем у дозвуковых самолётов, которые не работают на больших высотах, необходимых для сверхзвукового полёта.
Поэтому весь диапазон, в котором могут находиться результаты измерений громкости звука, можно разбить на 256 разных поддиапазонов — уровней громкости звука, каждому из которых присвоить свой уникальный код. После этого каждый имеющийся результат измерений громкости звука можно соотнести с некоторым поддиапазоном, в который он попадает, и кодировать его номером кодом соответствующего уровня громкости.
В зависимости от ситуации на практике используются разные значения частоты дискретизации и глубины кодирования табл. Таблица 3. Оценим объём звукового стереоаудиофайла с глубиной кодирования 16 бит и частотой дискретизации 44,1 кГц, который хранит звуковой фрагмент длительностью звучания 15 секунд. Увеличивая частоту дискретизации и глубину кодирования, можно более точно сохранить и впоследствии восстановить форму звукового сигнала. При этом объём сохраняемых данных будет увеличиваться. Важно понимать, каких параметров оцифровки достаточно, чтобы сохраняемый звук был достаточно близок к исходному, а содержащий его файл имел минимально возможный объём.
В начале 30-х годов прошлого века было установлено, что это возможно, если частота временной дискретизации будет в два раза выше максимальной частоты измеряемого сигнала. В 1928 году американский учёный Гарри Найквист высказал утверждение, что частота дискретизации должна быть в два или более раза выше максимальной частоты измеряемого сигнала. В 1933 году наш соотечественник В. Котельников и независимо от него американец Клод Шеннон в 1949 году сформулировали и доказали теорему, более сильную чем утверждение Найквиста, о том, при каких условиях и как по дискретным значениям можно восстановить форму непрерывного сигнала.
Рассмотрим эти характеристики. Измеряется в герцах Гц. Одно измерение за одну секунду соответствует частоте 1 Гц, 1000 измерений за одну секунду - 1 килогерц кГц.
Частота дискретизации звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. Высокое качество звучания достигается при частоте дискретизации 44,1 кГц и глубины кодирования звука, равной 16 бит.
Временная дискретизация звука Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Чем гуще на графике будут располагаться дискретные полоски, тем качественнее в итоге получится воссоздать первоначальный звук Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду. Чем большее количество измерений производится за одну секунду чем больше частота дискретизации , тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала. Каждой "ступеньке" на графике присваивается определенное значение уровня громкости звука. Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N градаций , 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. В процессе кодирования каждому уровню громкости звука присваивается свой 16-битовый двоичный код, наименьшему уровню звука будет соответствовать код 0000000000000000, а наибольшему - 1111111111111111.
4 2 Панорамирование
Для самолёта ударная волна создаёт громкий и грохочущий звуковой удар. Периодические звуковые сигналы воспроизводят постоянный звук, повторяя форму волны снова и снова, и так до бесконечности. Это звуковые волны с постоянно меняющейся амплитудой и частотой. Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные участки, для каждого такого участка устанавливается определённая величина интенсивности звука.
Звук - теория, часть 1
Содержание: Преобразование непрерывной звуковой волны в последовательность звуковых импульсов различной амплитуды производится с помощью аналого – цифрового преобразователя, размещенного на звуковой плате. Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие.". это непрерывная волна с меняющейся амплитудой и частотой. Слайд 3 Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные. Непрерывная звуковая волна представляет собой последовательность сжатий и разрежений воздушных молекул, которые передаются в виде звука. Во-первых, звуковая ударная волна после преодоления самолетом, сверхзвукового барьера никуда не исчезает.
Всё, что Вам нужно знать о звуке
Местный скачок уплотнения, возникающий на трансзвуке при волновом кризисе. Дальше по профилю эта скорость снижается и в какой-то момент опять становится дозвуковой. Но, как мы уже говорили выше, быстро затормозиться сверзвуковое течение не может, поэтому неизбежно возникновение скачка уплотнения. Такие скачки появляются на разных участках обтекаемых поверхностей, и первоначально они достаточно слабы, но количество их может быть велико, и с ростом общей скорости потока увеличиваются зоны сверхзвука, скачки «крепнут» и сдвигаются к задней кромке профиля. Позже такие же скачки уплотнения появляются на нижней поверхности профиля. Далее с ростом скорости размер сверхзвуковых зон все увеличиваются и в конечном итоге весь профиль полностью попадает в зону сверхзвукового обтекания. Самолет переходит на сверхзвук.
Полное сверхзвуковое обтекание профиля крыла. Чем все это чревато? А вот чем. Это сопротивление растет за счет резкого увеличения одной из его составляющих — волнового сопротивления. Того самого, которое мы ранее при рассмотрении полетов на дозвуковых скоростях во внимание не принимали. Для образования многочисленных скачков уплотнения или ударных волн при торможении сверхзвукового потока, как я уже говорил выше, тратится энергия, и берется она из кинетической энергии движения летательного аппарата.
То есть самолет элементарно тормозится и очень ощутимо! Это и есть волновое сопротивление. Более того, скачки уплотнения из-за резкого торможения потока в них, способствуют отрыву пограничного слоя после себя и превращения его из ламинарного в турбулентный. Это еще более увеличивает аэродинамическое сопротивление. Отекание профиля при различных числах М. Скачки уплотнения, местные зоны сверхзвука, турбулентные зоны.
Из-за появления местных сверхзвуковых зон на профиле крыла и дальнейшем их сдвиге к хвостовой части профиля с увеличением скорости потока и, тем самым, изменения картины распределения давления на профиле, точка приложения аэродинамических сил центр давления тоже смещается к задней кромке. В результате появляется пикирующий момент относительно центра масс самолета, заставляющий его опустить нос. Во что все это выливается… Из-за довольно резкого роста аэродинамического сопротивления самолету требуется ощутимый запас мощности двигателя для преодоления зоны трансзвука и выхода на, так сказать, настоящий сверхзвук. Резкое возрастание аэродинамического сопротивления на трансзвуке волновой кризис за счет роста волнового сопротивления. Сd — коэффициент сопротивления. Из-за возникновения пикирующего момента появляются сложности в управлении по тангажу.
Кроме того из-за неупорядоченности и неравномерности процессов, связанных с возникновением местных сверхзвуковых зон со скачками уплотнения тоже затрудняется управление. Например по крену, из-за разных процессов на левой и правой плоскостях. Да еще плюс возникновение вибраций, часто довольно сильных из-за местной турбулизации. Вобщем, полный набор удовольствий, который носит название волновой кризис. Но, правда, все они имеют место имели,конкретное :- при использовании типичных дозвуковых самолетов с толстым профилем прямого крыла с целью достижения сверхзвуковых скоростей. Первоначально, когда еще не было достаточно знаний, и не были всесторонне исследованы процессы выхода на сверхзвук, этот самый набор считался чуть ли не фатально непреодолимым и получил название звуковой барьер или сверхзвуковой барьер, если хотите :-.
При попытках преодоления скорости звука на обычных поршневых самолетах было немало трагических случаев. Сильная вибрация порой приводила к разрушениям конструкции. Самолетам не хватало мощности для требуемого разгона. В горизонтальном полете он был невозможен из-за эффекта запирания воздушного винта, имеющего ту же природу, что и волновой кризис. Поэтому для разгона применяли пикирование. Но оно вполне могло стать фатальным.
Появляющийся при волновом кризисе пикирующий момент делал пике затяжным, и из него, иной раз, не было выхода. Ведь для восстановления управления и ликвидации волнового кризиса необходимо было погасить скорость. Но сделать это в пикировании крайне трудно если вообще возможно. Затягивание в пикирование из горизонтального полета считается одной из главных причин катастрофы в СССР 27 мая 1943 года известного экспериментального истребителя БИ-1 с жидкостным ракетным двигателем. После чего произошло затягивание в пике, из которого самолет не вышел. Экспериментальный истребитель БИ-1.
В наше время волновой кризис уже достаточно хорошо изучен и преодоление звукового барьера если это требуется :- особого труда не составляет. На самолетах, которые предназначены для полетов с достаточно большими скоростями применены определенные конструктивные решения и ограничения, облегчающие их летную эксплуатацию. Как известно, волновой кризис начинается при числах М, близких к единице. Поэтому практически все реактивные дозвуковые лайнеры пассажирские, в частности имеют полетное ограничение по числу М. Обычно оно находится в районе 0,8-0,9М. Летчику предписывается следить за этим.
Кроме того на многих самолетах при достижении уровня ограничения срабатывает сигнализация, после чего скорость полета должна быть снижена.
Такая структурированность позволяет программному обеспечению оптимизировать процесс передачи данных при воспроизведении, но, как в подобных случаях всегда бывает, выигрыш во времени приводит к существенному увеличению размера файла. Благодаря MP3 стало возможным передавать по Интернету мультимедийную информацию, потому что MPEG позволяет сжимать звуковые файлы например, WAV в 8-12 раз без ощутимых потерь качества исходного звучания. Такое кодирование называется адаптивным, при сжатии задаётся битрейт — параметр, который показывает, сколько килобит будет занимать запись одной секунды звука. Приемы, применяемые для сжатия в MP3, опираются на достаточно сложную математику, но зато обеспечивают очень значительный эффект сжатия звуковой информации. Этапы сжатия: 1 звуковые данные разделяются на небольшие фрагменты — фреймы; 2 в каждом фрейме звуковой сигнал раскладывается на гармонические колебания применяется косинусное преобразование MDCT, частный случай преобразования Фурье , в результате получается набор коэффициентов разложения; Зарегистрируйте блог на портале Pandia. Бесплатно для некоммерческих и платно для коммерческих проектов.
Регистрация, тестовый период 14 дней. Условия и подробности в письме после регистрации. Широкое распространение формата MP3 связано с тем, что его разработчики не включили в формат никакой защиты или ограничений на копирование и воспроизведение звука на самых различных устройствах. Однако, каждый изготовитель нового программного или аппаратного МРЗ-кодера обязан платить отчисления изобретателям кодека. Такая ситуация не могла не вызывать недовольства среди разработчиков и появились независимые разработки в области сжатия звука, например форматы AAC и OGG. Формат MIDI. Это довольно старый 1983 г.
MIDI базируется на пакетах данных, каждый из которых соответствует некоторому событию, в частности, нажатию клавиши или установке режима звучания. Любое событие может одновременно управлять несколькими каналами, каждый из которых относится к определенному оборудованию.
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. Задачи для самостоятельной подготовки.
Рассчитайте объём монофонического аудиофайла длительностью 10 с при 16-битном кодировании и частоте дискретизации 44,1 к Гц. Производится двухканальная стерео звукозапись с частотой дискретизации 48 кГц и 24-битным разрешением. Запись длится 1 минуту, ее результаты записываются в файл, сжатие данных не производится. Какое из приведенных ниже чисел наиболее близко к размеру полученного файла, выраженному в мегабайтах?
Точность округления зависит от выбранного количества 2 N уровней квантования, которое, в свою очередь, зависит от количества бит N , отведенных для записи значения амплитуды. Число N называют разрядностью квантования подразумевая количество разрядов, то есть бит, в каждом слове , а полученные в результате округления значений амплитуды числа — отсчетами или семплами от англ. Принимается, что погрешности квантования, являющиеся результатом квантования с разрядностью 16 бит, остаются для слушателя почти незаметными. Этот способ оцифровки сигнала — дискретизация сигнала во времени в совокупности с методом однородного квантования — называется импульсно-кодовой модуляцией, ИКМ англ.
Оцифрованный сигнал в виде набора последовательных значений амплитуды уже можно сохранить в памяти компьютера. Стандартный аудио компакт-диск CD-DA , применяющийся с начала 80-х годов 20-го столетия, хранит информацию в формате PCM с частотой дискретизации 44. Другие способы оцифровки [ править править код ] Способ неоднородного квантования предусматривает разбиение амплитудной шкалы на уровни по логарифмическому закону. Такой способ квантования называют логарифмическим квантованием.
При использовании логарифмической амплитудной шкалы, в области слабой амплитуды оказывается большее число уровней квантования, чем в области сильной амплитуды при этом, общее число уровней квантования остается таким же, как и в случае однородного квантования. Аналогово-цифровое преобразование, основанное на применении метода неоднородного квантования, называется неоднородной импульсно-кодовой модуляцией — неоднородной ИКМ Nonuniform PCM. Альтернативным способом аналогово-цифрового преобразования является разностная импульсно-кодовая модуляция — разностная ИКМ англ. В полной аналогии с ИКМ, разностная ИКМ может сочетаться с использованием как однородного, так и неоднородного методов квантования.
Разностное кодирование имеет много разных вариантов [3]. Аналогово-цифровые преобразователи АЦП [ править править код ] Вышеописанный процесс оцифровки звука выполняется аналогово-цифровыми преобразователями АЦП. Это преобразование включает в себя следующие операции: Ограничение полосы частот производится при помощи фильтра нижних частот для подавления спектральных компонент, частота которых превышает половину частоты дискретизации. Дискретизацию во времени, то есть замену непрерывного аналогового сигнала последовательностью его значений в дискретные моменты времени — отсчетов.
Кодирование звуковой информации
Слайд 12Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные. Составляющие непрерывной звуковой волны Непрерывная звуковая волна может быть разбита на несколько составляющих, которые определяют основные характеристики звука. 1. Звук представляет собой звуковую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой.
Почему при преодолении звукового барьера слышится хлопок?
Недостатком аналогового сигнала являются возможности по хранению, передаче и тиражированию сигнала. При записи на магнитную ленту или винил, качество сигнала будет зависеть от свойств ленты или винила. Со временем лента размагничивается и качество записанного сигнала ухудшается. Каждое считывание постепенно разрушает носитель, а перезапись вносит дополнительные искажения, где дополнительные отклонения добавляет следующий носитель лента или винил , устройства считывания, записи и передачи сигнала. Делать копию аналогового сигнала, это все равно, что для копирования фотографии ее еще раз сфотографировать. Преимущества и недостатки цифрового сигнала К преимуществам цифрового сигнала относится точность при копировании и передачи звукового потока, где оригинал ничем не отличается от копии. Основным недостатком можно считать то, что сигнал в цифровом виде является промежуточной стадией и точность конечного аналогового сигнала будет зависеть от того, насколько подробно и точно будет описана координатами звуковая волна. Вполне логично, что чем больше будет точек и чем точнее будут координаты, тем более точной будет волна. Но до сих пор нет единого мнения, какое количество координат и точность данных является достаточным для того, что бы сказать, что цифровое представление сигнала достаточно для точного восстановления аналогового сигнала, неотличимого от оригинала нашими ушами.
Если оперировать объемами данных, то вместимость обычной аналоговой аудиокассеты составляет всего около 700-1,1 Мб, в то время как обычный компакт диск вмещает 700 Мб. Это дает представление о необходимости носителей большой емкости. И это рождает отдельную войну компромиссов с разными требованиями по количеству описывающих точек и по точности координат. На сегодняшний день считается вполне достаточным представление звуковой волны с частотой дискретизации 44,1 кГц и разрядности 16 бит. При частоте дискретизации 44,1 кГц можно восстановить сигнал с частотой до 22 кГц. Как показывают психоакустические исследования, дальнейшее повышение частоты дискретизации мало заметно, а вот повышение разрядности дает субъективное улучшение. Мы рассмотрим поверхностно основные принципы. Если по комментариям будет виден интерес более подробно рассмотреть ряд моментов, то будет выпущен отдельный материал.
Мультибитные ЦАП Очень часто волну представляют в виде ступенек, что обусловлено архитектурой первого поколения мультибитных ЦАП R-2R, работающих аналогично переключателю из реле. На вход ЦАП поступает значение очередной координаты по вертикали и в каждый свой такт он переключает уровень тока напряжения на соответствующий уровень до следующего изменения. Хотя считается, что ухо человека слышит не выше 20 кГц, и по теории Найквиста можно восстановить сигнал до 22 кГц, остается вопрос качества этого сигнала после восстановления. В области высоких частот форма полученной «ступенчатой» волны обычно далека от оригинальной.
Приходить в левое ухо! Подведём итог этих двух пролётов. При сверхзвуковом полёте самолёта имеем противоположную картину: наше левое ухо воспринимает уменьшающийся по интенсивности поток звуковой энергии как УДАЛЕНИЕ самолёта в левую сторону.
А что мы имеем, когда самолёт летит со звуковой скоростью? Правильно, вся энергия, которую самолёт, как источник звука а это - ой, как немало! Я думаю, теперь Вам понятно, почему возникает "звуковой удар". Но это, так сказать, только первое приближение. Потому что мы, по правде говоря, рассмотрели самолёт, пронёсшийся в нескольких сантиметрах у нас над головами, и скорость которого относительно нас с Вами на всём продолжении полёта от Дальнего Муракина до точки наблюдения была постоянна. А реальность несколько другая. Рассмотрим сверхзвуковой самолёт, летящий с двойной скоростью звука как говорят - два Маха и на высоте где-то 200 метров.
Самолёт показался где-то над Дальним Муракино. Это ещё маленькая точка чуть выше горизонта. Разложим скорость самолёта на две составляющие: одна направлена строго на нас с Вами а мы всё ещё в поле , и она указывает на то, что самолёт приближается к нам, другая, перпендикулярная ей - направлена вверх и соответствует постепенному "поднятию" самолёта к точке зенита. Понятно, что если Дальнее Муракино далеко а оно далеко , то почти все два Маха направлены на нас, а к зениту направлена совсем маленькая составляющая скорости. Другое дело - точка зенита. В этом случае уже скорость прохождения точки зенита равна двум Махам, а составляющая, направленная на нас с Вами, равна нулю. Таким образом, составляющая скорости самолёта направленная на нас с Вами проходит значение от двух скоростей звука от двух Махов до ноля.
Понятно, что где-то на отрезке от Дальнего Муракино до точки зенита она достигает и значения скорости звука. Пусть, например, она достигает значения скорости звука над Ближнем Муракино. Обычно в таких случаях думают, что самолёт преодолел "звуковой барьер" над Ближним Муракино, и что если уж у нас так громыхнуло! Наверное, хозяйки перепуганную скотину по огородам ловят. Успокойтесь, никто никого не ловит. А в Ближнем Муракине всё относительно спокойно: они просто думают, что по "настоящему" то громыхнуло в Среднем Муракине, а им самим повезло. Что думают жители Среднего Муракина про возможные разрушения в Дальнем Муракино, догадаться уже нетрудно.
Если Вы и здесь всё поняли, то опишем звуковые эффекты от пролёта сверхзвукового самолёта, но не у нас над головой, а несколько в стороне. То есть, как в реальной жизни. Самолёт показался слева от нас в виде маленькой точки, и он стремительно приближается. Мы его не слышим. Самолёт преодолел точку, ближайшую от нас до его траектории.
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". Временная дискретизация звука Для записи аналогового звука и его преобразования в цифровую форму используется микрофон, подключенный к звуковой плате. Чем гуще на графике будут располагаться дискретные полоски, тем качественнее в итоге получится воссоздать первоначальный звук Качество полученного цифрового звука зависит от количества измерений уровня громкости звука в единицу времени, т. Частота дискретизации звука - это количество измерений громкости звука за одну секунду. Чем большее количество измерений производится за одну секунду чем больше частота дискретизации , тем точнее "лесенка" цифрового звукового сигнала повторяет кривую аналогового сигнала. Каждой "ступеньке" на графике присваивается определенное значение уровня громкости звука.
Уровни громкости звука можно рассматривать как набор возможных состояний N градаций , для кодирования которых необходимо определенное количество информации I, которое называется глубиной кодирования звука.
Таким образом, современные звуковые карты могут обеспечить кодирование 65536 уровней сигнала. Каждому значению амплитуды звукового сигнала присваивается 16-битный код.
Количество измерений в секунду может лежать в диапазоне от 8000 до 48 000, то есть частота дискретизации аналогового звукового сигнала может принимать значения от 8 до 48 кГц. При частоте 8 кГц качество дискретизированного звукового сигнала соответствует качеству радиотрансляции, а при частоте 48 кГц — качеству звучания аудио-СD. Следует также учитывать, что возможны как моно-, так и стерео-режимы.
Презентация 10 -8 Кодирование звуковой информации С
Слайд 3 Временная дискретизация звука Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные. Периодические звуковые сигналы воспроизводят постоянный звук, повторяя форму волны снова и снова, и так до бесконечности. Подобно звуковым волнам, они распространяются в среде (воде), но свойства их гораздо сложнее, потому что скорость их зависит от длины волны. * Частота дискретизации Временная дискретизация звука Временная кодировка. Причина заключается в том, что звуковая волна является настолько длинной, что ей нужно 1/20 секунды, чтобы достичь Вашего уха. Слайд 5 Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие временные.
Представление звуковой информации в памяти компьютера
| Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные - id41355014 от Guppy2016 15.08.2022 15:30 | Непрерывная звуковая волна разбивается на отдельные маленькие.". Непрерывная звуковая волна может быть разбита на несколько основных компонентов. |
| Кодирование звуковой информации | Чтобы компьютер мог обрабатывать звук, непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в цифровую дискретную форму. |