Конспект урока «Двоичное кодирование звуковой информации» по информатике

Тема урока: Двоичное кодирование звуковой информации.

Цель: изучение природы звука, его характеристик, способов кодирования звука в компьютере.

Задачи:

1. Повторить понятие звука, характеристики звука.

2. Познакомиться с оборудованием, необходимым для записи и воспроизведения звука.

3. Изучить формы представления звука: аналоговую и цифровую. Изучить основные форматы представления звуковых файлов.

4. Изучить формулы для расчета объема цифровых аудиоданных.

5. Научить пользоваться звуковым редактором для записи и редактирования звука.

6. Овладеть навыками использования простейшего звукового редактора для записи и редактирования звука.

Ход урока:

1. Организационный момент.

2. Актуализация знаний учащихся.
Какие виды информации вы воспринимаете? СЛАЙД 1 (Ответ: числовая, текстовая, графическая, звуковая).

3. Прослушивание 2-х звуковых файлов, подведение к теме урока.
Предлагаю прослушать 2-х звуковых файла (отрывки из известного музыкального произведения) с различной частотой дискретизации: 1) 01.wav (44.1 кГц); 2) 02.wav (8 кГц). Отрывок из какого произведения сейчас прозвучал? («Лунная соната», Бетховен). Какие различия заметили? Почему? Сегодня на уроке мы ответим вопрос: от чего зависит качество звучания звуковых файлов. Тема урока: «Двоичное кодирование звуковой информации».
У вас на столах лежат конспекты, возьмите их, пожалуйста, и посмотрите. Вы обнаружите пустые поля. Во время работы их необходимо заполнять. В результате получится опорный конспект, который дома можно использовать для подготовки к следующему уроку. Давайте разберем понятия, составляющие тему урока:
• двоичное кодирование – что это?( Ответ: преобразование информации в двоичные коды) Где используется? (Ответ: в компьютерной технике)
• звуковая информация – из курса физики вспомните: что такое звук? Какие характеристики он имеет? (механическая волна, имеющая характеристики амплитуду колебания и частоту колебания) СЛАЙД 2

4. Разбор графической задачи с помощью демонстрации

Из курса физики вам известно, что звук представляет собой механическую волну с непрерывно меняющейся амплитудой и частотой. Чем выше амплитуда, тем громче звук, чем меньше частота, тем ниже тон.

- Определите звук , изображенный волной какого цвета, громче? (Ответ: красный)

- Определите звук, изображенный волной какого цвета, выше? (Ответ: синий) СЛАЙД № 3

Компьютер – устройство цифровое, поэтому непрерывный звуковой сигнал должен быть преобразован в последовательность электрических импульсов (нулей и единиц). Для этого плоскость, на которой графически представлена звуковая волна, разбивается на горизонтальные и вертикальные линии. Горизонтальные линии – это уровни громкости, а вертикальные – количество измерений за 1 секунду или частота дискретизации (Гц). Такой способ позволяет заменить непрерывную зависимость на дискретную последовательность уровней громкости, каждой из которых присваивается значение в двоичном коде.

СЛАЙД 4

- Сколько бит информации отводится на кодирование одного уровня громкости? (Ответ: три бита)

- Сколько измерений произвели? (Ответ:12)

-Запишите коды уровней громкости при каждом измерении. (Ответ: 011 101 101 101 100 011 010 001 001 010 100 110)

В компьютерной технике кодируются уровни громкости. Чем больше бит отводится на кодирование одного уровня громкости , тем качество звука лучше.

Качество звука также зависит от количества измерений за 1 секунду.

5. Решение задач. Установление причин потери качества закодированного звука.

СЛАЙД 5

Количество уровней громкости выражается глубиной звука – количество бит, используемых для кодирования одного уровня.

, где N – количество уровней громкости, i– глубина звука (бит) (формула 1).

СЛАЙД 6 Один ученик (остальные на местах в опорном конспекте) у доски заполняет пустые поля.

СЛАЙД 7

Задача: На рисунке 5 (опорного конспекта)изображено зафиксированное самописцем звучание 1 секунды речи.
Необходимо: 1) закодировать его в двоичном коде с частотой дискретизации 5 Гц и глубиной звука 4 бита; 2) рассчитать информационный объем закодированного звука.

Решение: 1) 5 Гц – это значит, что происходит 5 измерений в 1 сек. Глубина 4 бита – означает, что используются 24 = 16 уровней громкости. (Результат кодирования: 1000 1000 1001 0110 0111)
2) Для расчета информационного объема закодированного звука (V) используется простая формула:
V = D * i * T, где: D – частота дискретизации (Гц); i – глубина звука (бит); T – время звучания (сек).
Получаем: V = 5 Гц * 4 бита * 1 сек = 20 бит.

6. Исследование. От чего зависит качество звука?
Любая теория обязательно должна быть проверена на практике. Для этого проведем оцифровку человеческой речи (пригласить ученика, запустить программу звукозаписи.). Ученик читает текст. Производится запись и последующее воспроизведение с частотой дискретизации 8 кГц и 44.1 кГц. Далее сравниваются информационные объемы и качество звучания. Как частота дискретизации влияет на качество звучания? Подтвердили мы теоретически сделанный вывод? С какого носителя в домашних условиях возможно получить качественное звучание? (Ответ: музыкальный компакт-диск).
Заполнить таблицу:
Параметры качественного звука:

Параметры кодирования

(Ответы: 44.1 кГц, 16 бит – качественное звучание; 8 кГц, 8 бит – достаточное для передачи речи.) СЛАЙД 9

7. Практическая работа .
Задание: Создать аудиофайл с записью речи (начитать отрывок из учебника – 1 абзац около 300 знаков). Открыть файл с мелодией, уменьшить громкость звучания до такой степени, чтобы мелодия могла служить фоном для речи.

План работы:

1. Запустить приложение «Пуск – Программы – Стандартные – Развлечения – Звукозапись.»

2. Проверить подключение микрофонов с наушниками.

3. На Панели задач открыть «Регулятор громкости», выбрать в окне команду «Параметры – Свойства», установить переключатель на режим записи. Проверить отображение регулятора громкости микрофона (флажок поставлен).

4. Вернуться к окну программы «Звукозапись». Приготовиться к записи речи. Учащимся объяснить назначение кнопок «запись» и «стоп». Записать речь. Сохранить файл на диске «текст.wav» в рабочей папке. Определить длительность звучания файла в секундах.

5. Открыть заранее приготовленный учителем файл с мелодией. Прослушать мелодию, при необходимости с помощью команды «Эффекты – Уменьшить громкость» (возможно неоднократное применение) привести громкость мелодии до приемлемого уровня. При необходимости можно установить временной ползунок и удалить до текущей позиции кусок медлодии (меню «Правка»), аналогично можно отрезать часть файла в конце записи. Оставить звуковой файл такой длительностью, какова она у записи с речью.

6. Поставить временной ползунок на начало мелодии (!), затем выбрать «Правка – Смешать с файлом», выбрать файл «текст.wav» (запись речи). В результате получаем смикшированный файл, содержащий речь, фоном для которой является мелодия.

7. Сохранить полученный аудиофайл в формате wav под другим названием. Далее сохранить файл в формате mp3 (MPEG Layer3) (Сохранить как …, с помощью кнопки «Изменить» выбрать формат MPEG Layer3. Задать атрибуты, например, 48000 Гц, 128 Kbps (Кбит/сек)).

8.Рефлексия. Давайте подытожим: что нового сегодня на уроке вы узнали; чему научились; будут ли знания вам полезны?

9.Домашнее задание.
Обязательное задание: 1) параграф 2.5, стр. 111 учебника Угринович Н.Д., ответьте на вопросы; 2) Задача: какой объем памяти требуется для хранения цифрового аудиофайла с записью звука высокого качества при условии, что время звучания составляет 3 минуты?

Задание по выбору: Создать аудиофайл: текст стихотворения любимого поэта и подбор музыки соответствующего фона.

10. Подведение итогов.
Безусловно, оценка качества звучания – во многом субъективна и зависит от нашего восприятия. Компьютер, так же как и человек, кодирует звуковую информацию с целью хранения и последующего воспроизведения. Подумайте, а в чем разница между звуковой информацией, хранимой в памяти ПК и в памяти человека? (Ответ: у человека процесс кодирования звука тесно связан с эмоциями).
Таким образом, компьютер хранит звук, а человек музыку!!! Музыка - единственный язык, на котором душа говорит с душою (Бертольд Авербах). Она может поднять в небеса, пробудить чувства, сковать разум и вселить страх. Для каждого человека музыка своя. Какие эмоции или ассоциации вызывает у вас «Лунная соната»?...
Теплый взгляд любящего человека, нежное касание материнской руки, а теперь возможно, что эти чарующие звуки будут напоминать вам и об уроке информатики. Все это, согласитесь, недоступно цифровому двоичному коду.
И прав был Норберг Винер, призывая отдать машине – машинное, а человеку – человеческое.