Κυριακή, 18 Νοεμβρίου 2012

Δειγματοληψία ήχου


Τι είναι Ήχος και ποια τα κύρια χαρακτηριστικά του;

Οι μεταβολές της πίεσης του αέρα ή άλλων μέσων, όπως των στερεών και των υγρών, διεγείρουν τα αισθητήρια όργανα της ακοής, προκαλώντας στον ανθρώπινο εγκέφαλο το αίσθημα του Ήχου. Η διάδοσή του πραγματοποιείται με την μορφή ηχητικών κυμάτων. Τα ηχητικά κύματα είναι αναλογικά.Τα κύρια χαρακτηριστικά του ήχου είναι η Συχνότητα(frequency) και η Ένταση ή πλάτος(amplittude)
  • Συχνότητα = αριθμός των ολοκληρωμένων δονήσεων, σε μία μονάδα χρόνου και μετράται σε Hertz (Hz). Ένας υγιής άνθρωπος μπορεί να ακούσει και να αντιληφθεί τους ήχους στο φάσμα των 20Hz -20.000Hz.
    • υπόηχοι < 20Hz
    • υπέρηχοι > 20.000Hz.
  • Η ηχητική Ένταση, μετράται σε decibel (dB), η οποία παρουσιάζει μία πολύ σημαντική ιδιαιτερότητα. (Για κάθε διπλασιασμό της ηχητικής έντασης παρατηρείται μία αύξηση 3dB του ηχητικού επιπέδου, δηλαδή το διπλάσιο των 85dB δεν είναι τα 170, αλλά τα 88dB.)

Πως μετατρέπουμε τον ήχο, που είναι αναλογικός, σε ψηφιακό;

 Χρησιμοποιώντας δειγματοληψία - Πως γίνεται;
Με χρήση Analog to digital converter (ADC) 
  1. Το ADC σαρώνει το εισαγόμενο σε αυτό αναλογικό τμήμα σε προκαθορισμένα χρονικά διαστήματα. 
  2. Μετράει το πλάτος του σήματος εκείνη τη στιγμή και 
  3. το αποθηκεύει σε μορφή ψηφιακών δεδομένων.
Η διαδικασία αυτή γίνεται στις συχνότητες 8000Hz, 11025Hz και 44100Ηz(για CD). 
Γενικά, για να έχουμε ψηφιακό ήχο καλής ποιότητας , θα πρέπει  να πέρνονται δείγματα του αναλογικού ήχου σε συχνότητα διπλάσια της συχνότητας , που αυτό έχει (Θεώρημα του Nyquist)

Πόσο χώρο χρειαζόμαστε για να αποθηκεύσουμε ένα αρχείο ήχου; 
 π.χ για να αποθηκεύσουμε ήχο ποιότητας ενός CD: σε ένα μουσικό CD, 
  • ο ήχος είναι δειγματισμένος στα 44.1 kHz 
  • με βάθος κάθε δείγματος 16 bit στερεοφωνικά.(με βάθος εννοούμε τα bit που χρησιμοποιούνται για την κωδικοποίηση κάθε δείγματος),
  •  όταν ο ήχος είναι μονοφωνικός, έχω 1 κανάλι,όταν είναι στερεοφωνικός , έχω 2 κανάλια ....)
  • διάρκεια 1sec
Ο τύπος υπολογισμού:  
Μέγεθος αρχείου = 
(ρυθμός δειγματοληψίας* βάθος *αριθμός καναλιών * χρόνος / 8) byte
 Άρα, 44100 *16 *2 *1/ 8  byte =  176400 bytes ή 172 Kbytes.
Εφαρμογή για τη δειγματοληψία ήχου