Частота дискретизации и глубина кодирования звука

Как кодируется звук

Звук в природе — это непрерывная волна. Чтобы сохранить его в компьютере, волну превращают в набор чисел: через равные промежутки времени измеряют громкость и записывают результат. Этот процесс называют дискретизацией. Две главные характеристики цифрового звука — частота дискретизации и глубина кодирования (разрядность).

Частота дискретизации

Частота дискретизации — это число измерений громкости за одну секунду. Измеряется в герцах (Гц): частота 8000 Гц означает 8000 замеров в секунду. Чем выше частота, тем точнее передаётся звук и тем больше объём файла. Для качественной музыки используют частоту порядка 44100 Гц.

Глубина кодирования

Глубина кодирования — это число битов, отводимое на запись одного измерения. Если на один отсчёт отводится i битов, то число различимых уровней громкости равно N = 2^i.

Объём звукового файла

Объём моно-записи вычисляют по формуле V = частота * глубина * время, где время берут в секундах. Для стереозвука результат умножают на 2 (два канала).

Разбор примера

Запись длится 10 секунд, частота 8000 Гц, глубина 16 бит, моно. Объём: V = 8000 * 16 * 10 = 1280000 бит. В байтах: 1280000 / 8 = 160000 байт.

Частые ошибки. Путают частоту дискретизации (замеров в секунду) с глубиной кодирования (бит на замер). Забывают умножить на 2 для стереозвука. Не переводят результат из битов в байты.

Что такое отсчёт громкости

При дискретизации непрерывная звуковая волна как бы «нарезается» на множество мгновенных снимков. Каждый снимок — это измеренная в данный момент громкость, записанная числом. Эти числа называют отсчётами. Если отсчётов много (частота высокая), восстановленный звук близок к оригиналу. Если отсчётов мало, звук получается грубым, с искажениями, потому что между редкими измерениями теряются детали волны.

От чего зависит качество

Качество цифрового звука определяется двумя величинами сразу: частотой дискретизации и глубиной кодирования. Первая отвечает за то, насколько часто измеряется громкость, вторая — за то, насколько точно записывается каждое измерение. Увеличение любой из них улучшает звук, но увеличивает объём файла.

Кратко о главном

• Звук кодируют, измеряя громкость через равные промежутки времени.
• Частота дискретизации — число замеров за секунду, единица — герц.
• Глубина кодирования — число битов на один замер, уровней N = 2^i.
• Объём: V = частота * глубина * время, для стерео умножают на 2.
• Чем выше частота и глубина, тем лучше качество и больше объём.