Sound — sampling and file size · Sonido — muestreo y tamaño de archivo
| English | Español |
|---|---|
| analogue data/ˈænəlɒɡ ˈdeɪtə/ | datos analógicos |
| digital data/ˈdɪdʒɪtl ˈdeɪtə/ | datos digitales |
| sampling/ˈsæmplɪŋ/ | muestreo |
| amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ | amplitud |
| sampling rate/ˈsæmplɪŋ reɪt/ | tasa de muestreo |
| sampling resolution/ˈsæmplɪŋ ˌrezəˈluːʃn/ | resolución de muestreo |
| quantisation noise/ˌkwɒntaɪˈzeɪʃn nɔɪz/ | ruido de cuantificación |
Why the phone makes you sound thin
- A telephone call samples your voice 8,000 times a second. A CD samples the same voice 44,100 times a second. Your voice has not changed; the phone simply throws away everything above about 3.4 kHz.
- That is why a phone call is perfectly intelligible and unmistakably thin: speech lives below 3.4 kHz, but the sparkle of a cymbal or a hard
ssound does not. - The choice was not laziness. It was a calculation: sample fast enough to carry speech, and no faster, because every extra sample costs bandwidth on every call in the country.
- This lesson is how a continuous sound becomes numbers, the two settings that control quality and size, and the calculation the exam asks for.
Por qué el teléfono te hace sonar delgado
- Una llamada telefónica muestrea tu voz 8,000 veces por segundo. Un CD muestrea la misma voz 44,100 veces por segundo. Tu voz no ha cambiado; el teléfono simplemente descarta todo lo que está por encima de aproximadamente 3.4 kHz.
- Por esa razón, una llamada telefónica es perfectamente inteligible e inconfundiblemente de banda estrecha: el habla se sitúa por debajo de 3.4 kHz, pero el brillo de un platillo o un sonido duro de
sno. - La elección no fue pereza. Fue un cálculo: muestrear lo suficientemente rápido para transportar el habla, y no más rápido, porque cada muestra adicional cuesta ancho de banda en cada llamada del país.
- Esta lección explica cómo un sonido continuo se convierte en números, los dos ajustes que controlan la calidad y el tamaño, y el cálculo que pide el examen.
Analogue and digital
- Sound in the real world is a continuous pressure wave: analogue data 模拟数据, which varies smoothly and takes infinitely many values.
- A computer stores digital data 数字数据: discrete numbers. Converting one to the other is sampling 采样.
- Sampling measures the wave's amplitude 振幅, its height, at regular time intervals, and stores each measurement as a binary number.
The smooth wave becomes a row of numbers
Analógico y digital
- El sonido en el mundo real es una onda de presión continua: datos analógicos 模拟数据, que varía suavemente y toma infinitos valores.
- Una computadora almacena datos digitales 数字数据: números discretos. Convertir uno al otro es muestreo 采样.
- El muestreo mide la amplitud 振幅 de la onda, su altura, en intervalos de tiempo regulares, y almacena cada medición como un número binario.
La onda suave se convierte en una fila de números
What does sampling do? · ¿Qué hace el muestreo?
Sampling turns a continuous analogue wave into discrete digital values. Removing inaudible frequencies is lossy compression, a different step. · El muestreo convierte una onda analógica continua en valores digitales discretos. Eliminar frecuencias inaudibles es compresión con pérdida, un paso diferente.
The two settings
- Sampling rate 采样率 is the number of samples taken per second, measured in hertz. CD quality is 44.1 kHz; a telephone uses 8 kHz.
- Sampling resolution 采样分辨率 (sample bit depth) is the number of bits used to store each sample's amplitude. CD quality is 16 bits, giving 65,536 possible levels.
- The rate controls which pitches survive; the resolution controls how precisely each measurement is stored.
Los dos ajustes
- Tasa de muestreo 采样率 es el número de muestras tomadas por segundo, medido en hercios. La calidad de CD es 44.1 kHz; un teléfono utiliza 8 kHz.
- Resolución de muestreo es el número de bits utilizados para almacenar la amplitud de cada muestra. La calidad de CD es 16 bits, lo que proporciona 65,536 niveles posibles.
- La tasa controla qué tonos sobreviven; la resolución controla con qué precisión se almacena cada medición.
Sound sampling · Muestreo de sonido
y = a sin(bt + c)
Sampling measures a sound wave · onda sonora at regular intervals — a higher rate copies it more truly. · El muestreo mide una onda sonora a intervalos regulares; una tasa mayor la copia con mayor fidelidad.
The sampling rate of a digital sound is: · La tasa de muestreo de un sonido digital es:
Sampling rate = samples per second (hertz). The bits per sample is the sample resolution. · Tasa de muestreo = muestras por segundo (hercios). Los bits por muestra son la resolución de la muestra.
Put the steps of turning a sound into a digital file in order. · Ordena los pasos para convertir un sonido en un archivo digital.
Rate decides how often you measure; resolution decides how finely each measurement is rounded, and the rounding is where quantisation noise comes from. · La tasa decide con qué frecuencia mides; la resolución decide qué tan finamente se redondea cada medición, y es en el redondeo donde surge el ruido de cuantización.
Sound file size
- Mono is one channel; stereo is two, which doubles the size.
- A 5-second mono clip at 8 kHz and 8 bits: $8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits, which is 40,000 bytes.
Tamaño del archivo de sonido
- Mono es un canal; estéreo son dos, lo que duplica el tamaño.
- Un clip mono de 5 segundos a 8 kHz y 8 bits: $8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits, lo que equivale a 40,000 bytes.
A 5-second mono clip is sampled at $8000\ \text{Hz}$ with 8-bit resolution. What is its size in bits? · Un clip mono de 5 segundos se muestrea a $8000\ \text{Hz}$ con resolución de 8 bits. ¿Cuál es su tamaño en bits?
size · tamaño $= 8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits. · tamaño $= 8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits.
Sound file size in bits = sampling rate x sampling resolution x duration x ____. · Tamaño de archivo de sonido en bits = tasa de muestreo x resolución de muestreo x duración x ____.
Mono is one channel, stereo two. Leaving the channel count out halves every stereo answer. · Mono tiene un canal, estéreo dos. Omitir el conteo de canales reduce a la mitad todas las respuestas de estéreo.
Worked example: a CD track
- A 10-second stereo clip is recorded at CD quality: 44.1 kHz, 16-bit. Find its size in MiB.
- $44\,100 \times 16 \times 10 \times 2 = 14\,112\,000$ bits.
- Divide by 8 for bytes: $1\,764\,000$. Divide by $1024^2$: 1.68 MiB.
- Every mark is in the working: the four factors, one division by 8, and a stated prefix. Forgetting the two channels halves the answer.
Ejemplo resuelto: una pista de CD
- Un clip estéreo de 10 segundos se graba con calidad CD: 44.1 kHz, 16-bit. Encuentre su tamaño en MiB.
- $44\,100 \times 16 \times 10 \times 2 = 14\,112\,000$ bits.
- Divide by 8 for bytes: $1\,764\,000$. Divide by $1024^2$: 1.68 MiB.
- Cada punto está en el procedimiento: los cuatro factores, una división por 8, y un prefijo declarado. Olvidar los dos canales reduce la respuesta a la mitad.
A 10-second stereo clip is sampled at 44100 Hz with 16-bit resolution. How many bits does it need? · Un clip estéreo de 10 segundos se muestrea a 44100 Hz con resolución de 16 bits. ¿Cuántos bits necesita?
44100 x 16 x 10 x 2 = 14,112,000 bits, about 1.68 MiB. Leaving out the two channels halves the answer. · 44100 x 16 x 10 x 2 = 14,112,000 bits, aproximadamente 1.68 MiB. Omitir los dos canales reduce la respuesta a la mitad.
A stereo recording is twice the size of the same mono recording at the same rate and resolution. · Una grabación estéreo es el doble de grande que la misma grabación mono a la misma tasa y resolución.
Channels multiply the size: two channels, twice the samples. The channel count belongs in the formula. · Los canales multiplican el tamaño: dos canales, el doble de muestras. El conteo de canales debe estar incluido en la fórmula.
Changing the settings
- Higher sampling rate: higher pitches are captured, so the sound is more accurate, but the file is larger.
- Higher sampling resolution: each amplitude is stored in finer steps, so there is less quantisation noise 量化噪声, the roughness introduced when a smooth value is rounded to the nearest level; the file is larger.
- Lower of either: a smaller file and an audible loss of quality. As with images, answer in these terms, not "it sounds bad".
Cambiar la configuración
- Tasa de muestreo más alta: se capturan tonos más agudos, por lo que el sonido es más preciso, pero el archivo es más grande.
- Resolución de muestreo más alta: cada amplitud se almacena en pasos más finos, por lo que hay menos ruido de cuantización 量化噪声, la aspereza introducida cuando un valor suave se redondea al nivel más cercano; el archivo es más grande.
- Más bajo de cualquiera de los dos: un archivo más pequeño y una pérdida audible de calidad. Al igual que con las imágenes, responde en estos términos, no "suena mal".
Increasing the sampling rate will: · Aumentar la tasa de muestreo causará:
A higher sampling rate captures higher frequencies (better quality) but increases the file size. · Una tasa de muestreo mayor captura frecuencias más altas (mejor calidad) pero aumenta el tamaño del archivo.
A higher sample resolution (more bits per sample) reduces quantisation noise. · Una mayor resolución de muestreo (más bits por muestra) reduce el ruido de cuantización.
More bits give finer amplitude steps, so each sample is closer to the true value — less quantisation noise (but a larger file). · Más bits proporcionan pasos de amplitud más finos, por lo que cada muestra está más cerca del valor real — menos ruido de cuantización (pero un archivo más grande).
Match each change to its main effect. · Asocia cada cambio con su efecto principal.
Rate decides which pitches survive; resolution decides how precisely each sample is stored. · La tasa decide qué tonos sobreviven; la resolución decide qué tan precisamente se almacena cada muestra.
Worked example: how fast must you sample?
- The sampling rate must be at least twice the highest frequency you want to keep.
- Human hearing reaches about 20 kHz. What is the minimum rate to capture it? $2 \times 20\,000 = 40\,000$ Hz, which is why CD chose 44.1 kHz, a little above the minimum.
- A telephone samples at 8 kHz. What is the highest frequency it can carry? Half of 8 kHz, so 4 kHz, and in practice about 3.4 kHz. Speech fits; music does not.
Ejemplo resuelto: ¿qué tan rápido debes muestrear?
- La tasa de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia más alta que deseas mantener.
- La audición humana alcanza aproximadamente 20 kHz. ¿Cuál es la tasa mínima para capturarla? $2 \times 20\,000 = 40\,000$ Hz, por lo que el formato CD eligió 44.1 kHz, un poco por encima del mínimo.
- Un teléfono muestra una señal a 8 kHz. ¿Cuál es la frecuencia más alta que puede transmitir? La mitad de 8 kHz, es decir, 4 kHz, y en la práctica alrededor de 3.4 kHz. El habla se adapta; la música no.
To capture frequencies up to $20\,000\ \text{Hz}$, what is the minimum sampling rate, in Hz? · Para capturar frecuencias hasta $20\,000\ \text{Hz}$, ¿cuál es la tasa de muestreo mínima, en Hz?
The sampling rate must be at least twice the highest frequency: $2 \times 20\,000 = 40\,000\ \text{Hz}$. · La tasa de muestreo debe ser al menos el doble de la frecuencia más alta: $2 \times 20\,000 = 40\,000\ \text{Hz}$.
A telephone samples at 8000 Hz. What is the highest frequency, in Hz, it can in principle carry? · Un teléfono muestrea a 8000 Hz. ¿Cuál es la frecuencia más alta, en Hz, que puede transportar en principio?
Half the sampling rate, since the rate must be at least twice the highest frequency kept. In practice a phone carries about 3.4 kHz. · La mitad de la tasa de muestreo, ya que esta debe ser al menos el doble de la frecuencia máxima retenida. En la práctica, un teléfono transporta aproximadamente 3.4 kHz.
Trading quality against size
- Speech for a voice note: a low rate and resolution are enough, and the file is small.
- Music for distribution: CD settings or better, because listeners hear the difference.
- Live streaming: the rate and resolution are chosen to fit the available bandwidth, then lossy compression removes more.
- A "justify" answer names the setting, the effect on quality and the effect on size, tied to the use.
Intercambiar calidad por tamaño
- Habla para una nota de voz: una tasa y resolución bajas son suficientes, y el archivo es pequeño.
- Música para distribución: configuraciones de CD o mejores, porque los oyentes notan la diferencia.
- Transmisión en vivo: la tasa y la resolución se eligen para ajustarse al ancho de banda disponible, luego la compresión con pérdida elimina más.
- Una respuesta "justificar" nombra el ajuste, el efecto en la calidad y el efecto en el tamaño, vinculado al uso.
Marks that slip away
- Rate is samples per second; resolution is bits per sample. The question names one.
- Stereo is two channels. Leaving the channel count out of the formula halves every stereo answer.
- The minimum rate is twice the highest frequency wanted, not the same as it.
- Say quantisation noise, not "it sounds fuzzy". The syllabus term carries the mark.
Puntos que se pierden fácilmente
- La tasa es muestras por segundo; la resolución es bits por muestra. La pregunta nombra uno.
- El estéreo tiene dos canales. Dejar fuera el conteo de canales de la fórmula reduce a la mitad cada respuesta estéreo.
- La tasa mínima es el doble de la frecuencia más alta deseada, no la misma que esta.
- Di ruido de cuantización, no "suena borroso". El término del plan de estudios lleva el punto.
You've got it
- sampling converts continuous analogue data into digital data by measuring the amplitude at regular intervals
- sampling rate = samples per second (CD 44.1 kHz), sampling resolution = bits per sample (CD 16)
- size in bits = rate $\times$ resolution $\times$ duration $\times$ channels; stereo doubles it
- higher rate or resolution means better accuracy, less quantisation noise and a larger file; the rate must be at least twice the highest frequency kept
Lo has entendido
- El muestreo convierte los datos analógicos continuos en datos digitales midiendo la amplitud en intervalos regulares
- frecuencia de muestreo = muestras por segundo (CD 44.1 kHz), resolución de muestreo = bits por muestra (CD 16)
- tamaño en bits = tasa $\times$ resolución $\times$ duración $\times$ canales; el estéreo lo duplica
- mayor tasa o resolución significa mejor precisión, menos ruido de cuantización y un archivo más grande; la tasa debe ser al menos el doble de la frecuencia más alta mantenida