Sound — sampling and file size
แนะนำใหม่| English | ความหมาย |
|---|---|
| analogue data/ˈænəlɒɡ ˈdeɪtə/ | ข้อมูลอนาล็อก |
| digital data/ˈdɪdʒɪtl ˈdeɪtə/ | ข้อมูลดิจิทัล |
| sampling/ˈsæmplɪŋ/ | การสุ่มตัวอย่าง |
| amplitude/ˈæmplɪtjuːd/ | แอมพลิจูด |
| sampling rate/ˈsæmplɪŋ reɪt/ | อัตราการสุ่มตัวอย่าง |
| sampling resolution/ˈsæmplɪŋ ˌrezəˈluːʃn/ | ความละเอียดของการสุ่มตัวอย่าง |
| quantisation noise/ˌkwɒntaɪˈzeɪʃn nɔɪz/ | สัญญาณรบกวนจากการทำควอนไทซ์ |
ทำไมโทรศัพท์จึงทำให้คุณดูบางลง
- การโทรทางโทรศัพท์จะสุ่มตัวอย่างเสียงของคุณ 8,000 ครั้งต่อวินาที ส่วนซีดีจะสุ่มตัวอย่างเสียงเดียวกัน 44,100 ครั้งต่อวินาที เสียงของคุณไม่ได้เปลี่ยนไป โทรศัพท์เพียงอย่างเดียวที่ทิ้งข้อมูลส่วนที่สูงกว่าประมาณ 3.4 kHz ทิ้งไป
- นั่นเป็นเหตุผลที่การโทรทางโทรศัพท์เข้าใจง่ายแต่มีเสียงบางอย่างชัดเจน: คำพูดอยู่ต่ำกว่า 3.4 kHz แต่ความสว่างของกลองคymbalหรือเสียง
sที่แข็งกระด้างไม่ได้อยู่ต่ำกว่านั้น - การเลือกนี้ไม่ใช่ความขี้เกียจ มันเป็นผลของการคำนวณ: สุ่มตัวอย่างให้เร็วพอที่จะนำพาคำพูด และไม่เร็วกว่านั้น เพราะทุกการสุ่มตัวอย่างเพิ่มเติมนั้น costing แบนด์วิดท์ในการโทรทุกสายทั่วประเทศ
- บทเรียนนี้คือวิธีการที่เสียงต่อเนื่องกลายเป็นตัวเลข การตั้งค่าสองอย่างที่ควบคุมคุณภาพและขนาด และการคำนวณที่ข้อสอบถามถึง
แอนะล็อกและดิจิทัล
- เสียงในโลกจริงคือคลื่นแรงดันต่อเนื่อง: ข้อมูลแอนะล็อก ซึ่งเปลี่ยนแปลงอย่างต่อเนื่องและมีค่าจำนวนนับไม่ถ้วน
- คอมพิวเตอร์จัดเก็บ ข้อมูลดิจิทัล: ตัวเลขแบบแยกส่วน การแปลงจากหนึ่งไปอีกหนึ่งเรียกว่า การสุ่มตัวอย่าง
- การสุ่มตัวอย่าง วัด แอมพลิจูด ของคลื่น也就是其高度，ในช่วงเวลาเวลาที่เป็นระยะๆ และจัดเก็บแต่ละการวัดเป็นเลขฐานสอง
คลื่นที่เรียบเนียนกลายเป็นแถวของตัวเลข
Sampling ทำอะไร?
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
การสุ่มตัวอย่าง (Sampling) เปลี่ยนคลื่นอนาล็อกต่อเนื่องให้เป็นค่าดิจิทัลแบบไม่ต่อเนื่อง การกำจัดความถี่ที่หูไม่ได้ยินออกเป็นการบีบอัดแบบสูญเสียข้อมูล ซึ่งเป็นขั้นตอนที่แตกต่างกัน
การตั้งค่าทั้งสอง
- อัตราการสุ่มตัวอย่าง คือจำนวนการสุ่มตัวอย่างที่取了ต่อวินาที วัดเป็นเฮิร์ต ซีดีคุณภาพสูงอยู่ที่ 44.1 kHz; โทรศัพท์ใช้ 8 kHz
- ความละเอียดของการสุ่มตัวอย่าง (ความลึกบิตของตัวอย่าง) คือจำนวนบิตที่ใช้จัดเก็บแอมพลิจูดของแต่ละตัวอย่าง ซีดีคุณภาพสูงใช้ 16 บิต ให้ระดับที่เป็นไปได้ 65,536 ระดับ
- อัตราควบคุมว่า เสียง哪些เสียง จะคงอยู่; ความละเอียดควบคุมว่า ความแม่นยำเท่าไร ในการจัดเก็บแต่ละการวัด
Sound sampling
y = a sin(bt + c)
การสุ่มตัวอย่างวัด คลื่นเสียง ในช่วงเวลาที่เป็นระยะ — อัตราที่สูงขึ้นจะจำลองได้แม่นยำยิ่งขึ้น
อัตราการสุ่มตัวอย่างของเสียงดิจิทัลคือ:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
อัตราการสุ่มตัวอย่าง = ตัวอย่างต่อวินาที (เฮิร์ตซ์) ส่วนจำนวนบิตต่อตัวอย่างคือความละเอียดของการสุ่มตัวอย่าง
เรียงลำดับขั้นตอนการแปลงเสียงให้เป็นไฟล์ดิจิทัล
Difficulty 3/5 · 200 coins + a small bonus on first completion today
อัตรากำหนดความถี่ในการวัด; ความละเอียดกำหนดความละเอียดในการปัดเศษของแต่ละการวัด และการปัดเศษนี้คือที่มาของสัญญาณรบกวนจากการปัดเศษ (quantisation noise)
ขนาดไฟล์เสียง
- มอนოคือช่องเดียว; สเตอริโอคือสองช่อง ซึ่งเพิ่มขนาดเป็นสองเท่า
- คลิปมोनอยาว 5 วินาที ที่ 8 kHz และ 8 บิต: $8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ บิต ซึ่งเท่ากับ 40,000 ไบต์
คลิปเสียงโมโนขนาด 5 วินาที被สุ่มตัวอย่างที่ $8000\ \text{Hz}$ ด้วยความละเอียด 8 บิต ขนาดของไฟล์มีกี่บิต?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ขนาด $= 8000 \times 8 \times 5 \times 1 = 320\,000$ บิต
ขนาดไฟล์เสียง (บิต) = อัตราการสุ่มตัวอย่าง × ความละเอียดของการสุ่มตัวอย่าง × ระยะเวลา × ____.
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
โมโนมี 1 ช่อง, สเตอริโอมี 2 ช่อง การละเลยจำนวนช่องจะลดคำตอบของสเตอริโอลงครึ่งหนึ่ง
ตัวอย่างวิธีทำ: เพลงซีดี
- คลิปสเตอริโวยาว 10 วินาที được ghi lại ở chất lượng CD: 44.1 kHz, 16-bit. Tìm kích thước của nó theo đơn vị MiB.
- $44\,100 \times 16 \times 10 \times 2 = 14\,112\,000$ บิต
- Chia cho 8 để có bytes: $1\,764\,000$. Chia cho $1024^2$: 1.68 MiB.
- ทุกคะแนน đều nằm trong phần giải thích: bốn yếu tố, một phép chia cho 8, và prefix đã nêu. Quên hai kênh sẽ làm giảm đáp án đi một nửa
คลิปเสียงสเตอริโอขนาด 10 วินาที被สุ่มตัวอย่างที่ 44100 Hz ด้วยความละเอียด 16 บิต ต้องใช้กี่บิต?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
44100 × 16 × 10 × 2 = 14,112,000 บิต หรือประมาณ 1.68 MiB การละเลยช่องสัญญาณทั้งสองจะทำให้คำตอบลดลงครึ่งหนึ่ง
การบันทึก ステอริโอ มีขนาดใหญ่เท่าของบันทึกโมโนเดียวกันที่อัตราและความละเอียดเท่ากัน
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
ช่องสัญญาณคูณขนาด: สองช่อง equals สองเท่าของตัวอย่าง จำนวนช่องต้องอยู่ในสูตร
การเปลี่ยนการตั้งค่า
- Tỷ lệ mẫu cao hơn: bắt được các âm cao hơn, nên âm thanh chính xác hơn, nhưng file lớn hơn
- Độ phân giải mẫu cao hơn: mỗi amplitud được lưu trữ ở bước nhỏ hơn, nên ít nhiễu lượng tử hơn, độ thô khi giá trị liên tục được làm tròn lên mức gần nhất; file lớn hơn
- Thấp hơn của cả hai: file nhỏ hơn và mất chất lượng có thể nghe thấy. Như với hình ảnh, trả lời theo những thuật ngữ này, không phải "nghe xấu"
การเพิ่มอัตราการสุ่มตัวอย่างจะทำให้:
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
อัตราการสุ่มตัวอย่างที่สูงขึ้นจับความถี่ที่สูงขึ้น (คุณภาพดีขึ้น) แต่เพิ่มขนาดไฟล์
ความละเอียดการสุ่มตัวอย่างที่สูงขึ้น (บิตต่อตัวอย่างมากขึ้น) ลดสัญญาณรบกวนจากการปัดเศษ
Difficulty 1/5 · 100 coins + a small bonus on first completion today
บิต越多 creates ระดับความเข้มเสียงที่ละเอียดขึ้น ทำให้แต่ละตัวอย่างอยู่ใกล้ค่าจริงมากขึ้น — ลดสัญญาณรบกวนจากการปัดเศษ (แต่文件大小จะใหญ่ขึ้น)
จับคู่การเปลี่ยนแปลงแต่ละอย่างกับผลกระทบหลัก
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
อัตรา决定了哪些声音频率 surviving; ความละเอียด决定了每个样本存储的精度
Ví dụ tính toán:Sampling rate cần nhanh bao nhiêu?
- Sampling rate phải ít nhất gấp hai lần tần số cao nhất bạn muốn giữ lại
- Thính giác con người đạt khoảng 20 kHz. Tỷ lệ tối thiểu để thu nhận là gì? $2 \times 20\,000 = 40\,000$ Hz, đó là lý do CD chọn 44.1 kHz, hơi cao hơn mức tối thiểu
- Điện thoại mẫu ở 8 kHz. Tần số cao nhất mà nó có thể truyền tải là gì? Một nửa của 8 kHz, tức 4 kHz, và thực tế khoảng 3.4 kHz. Lời nói vừa khít; nhạc thì không
เพื่อจับความถี่สูงสุดถึง $20\,000\ \text{Hz}$ อัตราการสุ่มตัวอย่างขั้นต่ำคือเท่าไหร่ (หน่วย Hz)?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
อัตราการสุ่มตัวอย่างต้องอย่างน้อยสองเท่าของความถี่สูงสุด: $2 \times 20\,000 = 40\,000\ \text{Hz}$
โทรศัพท์สุ่มตัวอย่างที่ 8000 Hz ความถี่สูงสุดที่原则上它能承载是多少 Hz?
Difficulty 2/5 · 140 coins + a small bonus on first completion today
ครึ่งหนึ่งของอัตราการสุ่มตัวอย่าง เนื่องจากอัตราต้องอย่างน้อยสองเท่าของความถี่สูงสุดที่รักษาไว้ ในทางปฏิบัติโทรศัพท์รับส่งประมาณ 3.4 kHz
Trao đổi giữa chất lượng và kích thước
- Lời nói cho tin nhắn giọng: tỷ lệ và độ phân giải thấp là đủ, và file nhỏ
- Nhạc để phát hành: cài đặt CD hoặc tốt hơn, vì người nghe cảm nhận được sự khác biệt
- Phát trực tiếp: tỷ lệ và độ phân giải được chọn để phù hợp với băng thông khả dụng, sau đó nén mất dữ liệu loại bỏ thêm
- Câu trả lời "justify" nêu cài đặt, tác động đến chất lượng và tác động đến kích thước, gắn liền với mục đích sử dụng
คะแนนที่หลุดหายไป
- Tỷ lệ là mẫu mỗi giây; độ phân giải là bit mỗi mẫu. Câu hỏi nêu tên một cái
- Stereosonic là hai kênh. Bỏ số lượng kênh ra khỏi công thức sẽ làm giảm mọi câu trả lời stereo đi một nửa
- Tỷ lệ tối thiểu là gấp đôi tần số cao nhất mong muốn, không phải bằng nhau
- Nói quantisation noise, không phải "nghe mờ". Thuật ngữ chương trình học mang điểm
คุณเข้าใจแล้ว
- sampling chuyển đổi liên tục dữ liệu analogue thành dữ liệu kỹ thuật số bằng cách đo amplitude tại các khoảng thời gian đều đặn
- sampling rate = mẫu mỗi giây (CD 44.1 kHz), sampling resolution = bit mỗi mẫu (CD 16)
- ขนาดในหน่วยบิต = อัตรา $\times$ × ความละเอียด $\times$ × ระยะเวลา $\times$ × ช่องสัญญาณ; ระบบสเตอริโอจะคูณสองเท่า
- อัตราหรือความถี่สูงขึ้นหมายถึงความแม่นยำที่ดีขึ้น, quantisation noise น้อยลง และไฟล์มีขนาดใหญ่ขึ้น; อัตราต้องอย่างน้อยเป็น สองเท่า ของความถี่สูงสุดที่ต้องการเก็บรักษา