Sound — sampling and file size · Som — amostragem e tamanho de arquivo
| English | Português |
|---|---|
| analogue data/ˈænəlɒɡ ˈdeɪtə/ | dados analógicos |
| digital data/ˈdɪdʒɪtl ˈdeɪtə/ | dados digitais |
| sampling/ˈsæmplɪŋ/ | amostragem |
| amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ | amplitude |
| sampling rate/ˈsæmplɪŋ reɪt/ | taxa de amostragem |
| sampling resolution/ˈsæmplɪŋ ˌrezəˈluːʃn/ | resolução de amostragem |
| quantisation noise/ˌkwɒntaɪˈzeɪʃn nɔɪz/ | ruído de quantização |
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 que o telefone te faz parecer magro
- Uma chamada telefônica amostra sua voz 8,000 vezes por segundo. Um CD amostra a mesma voz 44,100 vezes por segundo. Sua voz não mudou; o telefone simplesmente descarta tudo acima de aproximadamente 3.4 kHz.
- É por isso que uma ligação telefônica é perfeitamente inteligível e inconfundivelmente fina: a fala ocorre abaixo de 3.4 kHz, mas o brilho de um chimbal ou um som duro de
snão. - A escolha não foi preguiça. Foi um cálculo: amostrar rápido o suficiente para transportar a fala, e não mais rápido, porque cada amostra extra consoma largura de banda em toda chamada no país.
- Esta lição mostra como um som contínuo se torna números, as duas configurações que controlam qualidade e tamanho, e o cálculo que a prova pede.
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 e digital
- O som no mundo real é uma onda de pressão contínua: dados analógicos 模拟数据, que variam suavemente e assumem infinitos valores.
- Um computador armazena dados digitais 数字数据: números discretos. Converter um outro é amostragem 采样.
- Amostragem mede a amplitude 振幅 da onda, sua altura, em intervalos de tempo regulares, e armazena cada medida como um número binário.
A onda suave torna-se uma fileira de números
What does sampling do? · O que a amostragem faz?
Sampling turns a continuous analogue wave into discrete digital values. Removing inaudible frequencies is lossy compression, a different step. · A amostragem transforma uma onda analógica contínua em valores digitais discretos. A remoção de frequências inaudíveis é compressão com perda, um passo 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.
As duas configurações
- Taxa de amostragem 采样率 é o número de amostras capturadas por segundo, medida em hertz. A qualidade de CD é 44.1 kHz; um telefone usa 8 kHz.
- Resolução de amostragem 采样分辨率 (sample bit depth) é o número de bits usado para armazenar a amplitude de cada amostra. A qualidade de CD utiliza 16 bits, permitindo 65,536 níveis possíveis.
- A taxa controla quais tons sobrevivem; a resolução controla com que precisão cada medição é armazenada.
Sound sampling · Amostragem de som
y = a sin(bt + c)
Sampling measures a sound wave · onda sonora at regular intervals — a higher rate copies it more truly. · A amostragem mede uma onda sonora em intervalos regulares — quanto maior a taxa, mais fielmente ela é copiada.
The sampling rate of a digital sound is: · A taxa de amostragem de um som digital é:
Sampling rate = samples per second (hertz). The bits per sample is the sample resolution. · Taxa de amostragem = amostras por segundo (hertz). Os bits por amostra são a resolução da amostra.
Put the steps of turning a sound into a digital file in order. · Organize as etapas para transformar um som em um arquivo digital.
Rate decides how often you measure; resolution decides how finely each measurement is rounded, and the rounding is where quantisation noise comes from. · A taxa decide com que frequência você mede; a resolução decide quão fino é o arredondamento de cada medida, e é onde vem o ruído de quantização.
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.
Tamanho do arquivo de som
- Mono tem um canal; estéreo tem dois, o que dobra o tamanho.
- Um clip mono de 5 segundos em 8 kHz e 8 bits: $8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits, o 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? · Um clipe mono de 5 segundos é amostrado em $8000\ \text{Hz}$ com resolução de 8 bits. Qual é seu tamanho em bits?
size · tamanho $= 8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits. · tamanho $= 8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ bits.
Sound file size in bits = sampling rate x sampling resolution x duration x ____. · Tamanho do arquivo de som em bits = taxa de amostragem x resolução da amostra x duração x ____.
Mono is one channel, stereo two. Leaving the channel count out halves every stereo answer. · Mono tem um canal, estéreo tem dois. Deixar de fora a contagem de canais reduz pela metade todas as respostas 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.
Exemplo resolvido: uma faixa de CD
- Um clipe estéreo de 10 segundos é gravado em qualidade CD: 44.1 kHz, 16-bit. Encontre seu tamanho em MiB.
- $44\,100 \times 16 \times 10 \times 2 = 14\,112\,000$ bits.
- Divida por 8 para bytes: $1\,764\,000$. Divida por $1024^2$: 1.68 MiB.
- Cada marca está no trabalho: os quatro fatores, uma divisão por 8, e um prefixo declarado. Esquecer os dois canais reduz à metade a resposta.
A 10-second stereo clip is sampled at 44100 Hz with 16-bit resolution. How many bits does it need? · Um clipe estéreo de 10 segundos é amostrado a 44100 Hz com resolução de 16 bits. Quantos bits ele precisa?
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. Excluir os dois canais reduz a resposta pela metade.
A stereo recording is twice the size of the same mono recording at the same rate and resolution. · Uma gravação estéreo tem o dobro do tamanho da mesma gravação mono na mesma taxa e resolução.
Channels multiply the size: two channels, twice the samples. The channel count belongs in the formula. · Os canais multiplicam o tamanho: dois canais, o dobro das amostras. A contagem de canais pertence à 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".
Alterando as configurações
- Taxa de amostragem mais alta: tons mais altos são capturados, então o som é mais preciso, mas o arquivo é maior.
- Resolução de amostragem mais alta: cada amplitude é armazenada em etapas mais finas, então há menos ruído de quantização 量化噪声, a aspereza introduzida quando um valor suave é arredondado para o nível mais próximo; o arquivo é maior.
- Menor de ambos: um arquivo menor e uma perda audível de qualidade. Assim como imagens, responda nestes termos, não "soa ruim".
Increasing the sampling rate will: · Aumentar a taxa de amostragem vai:
A higher sampling rate captures higher frequencies (better quality) but increases the file size. · Uma taxa de amostragem mais alta captura frequências mais altas (melhor qualidade) mas aumenta o tamanho do arquivo.
A higher sample resolution (more bits per sample) reduces quantisation noise. · Uma resolução de amostragem mais alta (mais bits por amostra) reduz o ruído de quantização.
More bits give finer amplitude steps, so each sample is closer to the true value — less quantisation noise (but a larger file). · Mais bits proporcionam passos de amplitude mais finos, então cada amostra fica mais próxima do valor verdadeiro — menos ruído de quantização (mas um arquivo maior).
Match each change to its main effect. · Combine cada alteração com seu principal efeito.
Rate decides which pitches survive; resolution decides how precisely each sample is stored. · A taxa decide quais tons sobrevivem; a resolução decide com que precisão cada amostra é armazenada.
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.
Exemplo resolvido: quão rápido você deve amostrar?
- A taxa de amostragem deve ser pelo menos duas vezes a frequência mais alta que você deseja manter.
- A audição humana alcança aproximadamente 20 kHz. Qual é a taxa mínima para capturá-la? $2 \times 20\,000 = 40\,000$ Hz, razão pela qual o CD escolheu 44.1 kHz, um pouco acima do mínimo.
- Um telefone amostra a 8 kHz. Qual é a frequência mais alta que ele pode transportar? Metade de 8 kHz, ou seja, 4 kHz, e na prática cerca de 3.4 kHz. A fala se adequa; a música não.
To capture frequencies up to $20\,000\ \text{Hz}$, what is the minimum sampling rate, in Hz? · Para capturar frequências até $20\,000\ \text{Hz}$, qual é a taxa de amostragem mínima, em Hz?
The sampling rate must be at least twice the highest frequency: $2 \times 20\,000 = 40\,000\ \text{Hz}$. · A taxa de amostragem deve ser pelo menos duas vezes a frequência mais 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? · Um telefone amostra a 8000 Hz. Qual é a frequência mais alta, em Hz, que ele pode teoricamente transmitir?
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. · Metade da taxa de amostragem, já que a taxa deve ser pelo menos o dobro da frequência mais alta mantida. Na prática, um telefone carrega 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.
Trocando qualidade por tamanho
- Fala para uma nota de voz: baixa taxa e resolução são suficientes, e o arquivo é pequeno.
- Música para distribuição: configurações CD ou melhores, porque ouvintes percebem a diferença.
- Transmissão ao vivo: a taxa e a resolução são escolhidas para caber na largura de banda disponível, depois a compressão com perdas remove mais.
- Uma resposta "justificativa" nomeia a configuração, o efeito na qualidade e o efeito no tamanho, ligados ao 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.
Marcas que escapam
- Taxa é amostras por segundo; resolução é bits por amostra. A questão nomeia uma.
- Estéreo é dois canais. Deixar a contagem de canais fora da fórmula reduz à metade todas as respostas estéreo.
- A taxa mínima é duas vezes a frequência mais alta desejada, não a mesma dela.
- Diga ruído de quantização, não "soa desfocado". O termo do programa carrega a marca.
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
Entendeu?
- amostragem converte dados analógicos contínuos em dados digitais medindo a amplitude em intervalos regulares
- taxa de amostragem = amostras por segundo (CD 44.1 kHz), resolução de amostragem = bits por amostra (CD 16)
- tamanho em bits = taxa $\times$ resolução $\times$ duração $\times$ canais; estéreo dobra
- taxa ou resolução mais alta significa melhor precisão, menos ruído de quantização e um arquivo maior; a taxa deve ser pelo menos duas vezes a frequência mais alta mantida