Componente multimedia: Sunetul

Componente multimedia: Sunetul

Diferite fisiere si formate sunet se pot include in documentele multimedia. Anumiti factori sunt decisivi in alegerea unui format si a unei metode de adaugare a unui sunet in cadrul documentului multimedia, cum ar fi: scopul folosirii sunetului, dimensiunea fisierului, calitatea sunetului, diferentele redarii pe diferite platforme.

Dupa modul in care sunt captate si stocate, sunetele sunt de doua tipuri:

    Sunete digitizate (wave) si

    Sunete MIDI (sunete create cu programe de aplicatie conform standardului MIDI).

Digitizare - caracteristici ale sunetului digital

Ca si imaginea fixa, sunetul poate fi captat de la diferite surse, digitizat si stocat intr-un anumit format de fisier sau poate fi generat direct de catre calculator prin intermediul unui software specializat.

Sunetul captat de la o sursa analoga  este o unda mecanica propagata in mediu elastic cu o frecventa intre 16 Hz si 20.000 Hz si cu lungimi diferite. Pentru a stoca si a prelucra aceasta unda prin intermediul calculatorului este necesara captarea si digitizarea ei. Acest proces consta in segmentarea pe intervalul u nei secunde a undei continue in esantioane. Numarul de esantioane obtinute pe orizontala, timp de 1 secunda este corelat cu frecventa de perceptie a sunetului. Astfel, pentru un sunet de calitatea CD-Audio, numarul de esantioane in unitatea de timp este de 44100, corespunzatoare frecventei de 44,1 Khz. Pentru sunetul de calitate radio este suficient un numar de 22050 esantioane, iar pentru sunetul de calitatea vocii umane sunt necesare 11025 esantioane. Acest numar de esantioane se numeste frecventa pe orizontala a sunetului digital si este una dintre principalele sale caracteristici, alaturi de numarul de biti pe care sunt cuantificate esantioanele. Cel mai adesea sunt folosite doua sisteme de cuantificare a esantioanelor, pe 8, 10 sau 16 biti. Este normal, pentru a obtine un sunet digital, de calitate foarte buna, un sunet care sa copieze cat mai fidel sunetul continuu este necesar un numar mare de esantioane si de asemenea un numar mare de biti. Aceste caracteristici ale sunetului digital duc la dimensiuni mari de informatie audio stocata. In consecinta, si acest mediu impune dupa procesul de digitizare, procese de compresie, de reducere a informatiilor repetitive sau redundante. Cele mai cunoscute standarde de compresie audio sunt MPEG-3 (Motion Picture Expert Group).

Sunetul  digitizat MPEG Audio Layer-3 (MP3)

Procesul de compresie este foarte important pentru transmiterea si receptionarea corespunzatoare a sirurilor de date audio si video mai ales pe reteaua Internet. Cunoscuta ca MPEG Audio Layer-3, metoda standard (IS 11172-3 si IS 13818-3) contine un algoritm foarte puternic de compresie/decompresie audio. Reducerea ratei bit se obtine prin exploatarea irelevantelor si redundantelor stereofonice.

Sunetul numerizat contine esantioane codificate pe 16 biti, la o rata de esantionare mai mare de 2 ori decat latimea de banda audio actuala. De exemplu, pentru un CD, rata de esantionare este de 44,1 kHz, adica mai mult de 1400 Mbiti pentru a reprezenta numai o secunda de muzica stereo. Prin codificarea MPEG Audio, cantitatea de date initiale se va reduce de 12 ori sau mai mult, fara a pierde din calitatea sunetului. Reducerea ratei de esantionare si a rezolutiei esantioanelor se realizeaza prin tehnici de codificare perceptuala, adica pe baza perceptiei undelor sonore de catre urechea umana. Folosind MPEG Audio se obtine reducerea cantitatii de date cu pastrarea calitatii CD a sunetului, astfel:

Prin exploatarea efectelor stereo si prin limitarea latimii de banda audio, schemele de codificare pot realiza o calitate acceptabila a sunetului si chiar rate biti reduse. In toate testarile internationale, MPEG Layer-3 a dovedit o rata de reducere de 1:12 (aproximativ 64 kbit/s per canal audio) cu mentinerea calitatii originale a sunetului.

Raportul dintre calitatea sunetului MPEG Layer-3 si cantitatea de informatii transmisa

Sunetul MIDI

Sunetul MIDI (Musical Instruments Device Interface) este generat direct de catre calculator, cu ajutorul unui soft specializat care simuleaza diferite instrumente si note muzicale. Acest sunet nu trebuie digitizat pentru ca el este deja produs in modul digital.

Formatul de fisier .midi sau .mid este destinat stocarii muzicii instrumentale, obtinute prin sintetizare pe un calculator, folosind hardware si software special. Desi calitatea sonora pe care o redau aceste fisiere este foarte buna, aceasta poate varia in functie de performantele placii de sunet. Avantajul acestui fisier este acela de a avea o dimensiune mica si stocheaza un clip sonor de lunga durata. Aceasta se datoreaza faptului ca fisierul nu contine date audio si astfel este mai compact.

Dupa criteriul modul in care se creaza se poate face o comparatie intre sunetul digitizat - sunetul MIDI si imaginea bitmap - imaginea vectoriala. Ca si in cazul imaginii vectoriale, sunetul MIDI se realizeaza prin instructiunii date unui soft care permite alegerea notelor, a instrumentelor si aranjamentelor muzicale.

Standardul MIDI este definit ca un protocol comun capabil sa permita comunicarea intre instrumentele electronice. Cu ajutorul acestei interfete hardware comune se permite controlul unei colectii de instrumente, prin intermediul tastaturii.

Secventa sonora MIDI este compusa din mesaje, care sunt instructiuni capabile sa controleze modul de redarea a unui sunet de catre un instrument. Cand un mesaj MIDI este interpretat, spunem ca se produce un eveniment. In cadrul unui fisier MIDI este necesar sa se inregistreze timpul fiecarui eveniment. Fiecare eveniment este precedat la randul sau de un timp care masoara diferenta fata de evenimentul precedent.

Exista un tabel standard, denumit General MIDI, care specifica un numar de 128 de instrumente, numerotate de la 0 la 127, care este folosit la alegerea acestora in concordanta cu valorile utilizate de catre mesaje.

Programele de generare a sunetului MIDI detin comenzi si functii asemanatoare programelor de editare video, cum ar fi mai multe trackuri corespunzatoare la diferite instrumente.

Formate de fisiere audio folosite in documentele multimedia

Cele mai intalnite formate de fisiere audio intalnite in documentele multimedia pe CD, cu avantajele si dezavantajele lor sunt urmatoarele:

Formatul .midi sau .mid (Musical Instrument Digital Interface) este destinat stocarii muzicii instrumentale. Fisierele MIDI nu sunt inregistrate, ci ele se obtin prin sintetizare pe un calculator, folosind hardware si software special. Fisierele MIDI sunt suportate de programele author. Desi calitatea sonora pe care o redau aceste fisiere este foarte buna, aceasta poate varia in functie de performantele placii de sunet a utilizatorului. Un fisier MIDI de dimensiune mica poate reda un clip sonor de lunga durata.

Fisierele audio de format .wav (Waveform Extension) redau un sunet de buna calitate si se obtin prin inregistrarea secventelor sonore de pe un CD-Audio, de la un microfon, caseta audio sau alte periferice. Totusi, folosirea acestui tip de fisier este limitata datorita dimensiunii sale considerabile pentru inregistrarea unui clip sonor de mica durata.

Formatul .aif sau .aiff (Audio Interchange File Format), ca si formatul WAV, stocheaza un sunet de calitate buna si el este creat prin inregistrarea unei secvente sonore de pe un CD-Audio, de la un microfon sau caseta si este de dimensiune foarte mare ceea ce limiteaza sever lungimea clipurilor sonore.

Shockwave Audio (.swa) este o tehnologie care face sunetele mai mici si le reda mai repede de pe disc sau de pe retea. Secventele in miscare si sunetele Shockwave Audio streaming (.SWA) concura pentru difuzarea pe retea. Ele pot fi redate corespunzator daca se indeplinesc conditiile unor conexiuni relativ rapide.

Formatul Shockwave Audio poate compresa dimensiunea unui sunet intr-un raport de pana la 176:1 si este transmis sub forma de siruri (streaming), adica redarea nu este conditionata de incarcarea in intregime a sunetului in memoria RAM. Astfel, inceputul sunetului se va derula, timp in care restul sirurilor de date vor sosi de la sursa. Compresia si caracteristicile de streaming ale sunetului Shockwave permit redarea rapida si de inalta calitate a secventelor audio, chiar pe conexiuni de viteza redusa.

Cu toate ca tehnologia de compresie Shockwave modifica sunetul original cat de putin posibil, cu cat acesta va fi supus unor rate de compresie mai mari cu atat, sunetul va fi alterat. Inainte de a transfera un sunet in acest format, fisierele se pot salva la diferite rate bit, care masoara cantitatea de compresie. De obicei, rata bit se apreciaza dupa sistemul de difuzare (modem, ISDN, CD-ROM, hard-disc), tipul filmului si natura secventei sonore. Astfel, rata bit va fi mai mare pentru o secventa muzicala decat pentru una vocala. Sunetul compresat trebuie sa indeplineasca criteriile de balans intre calitate si performanta. Radipitatea sirului este dependenta de compresia si calitatea sunetului.

Shockwave Audio poate compresa orice sunet intern dintr-un film Director, ceea ce duce la reducerea consistenta a dimensiunii datelor sunet, la micsorarea timpului de descarcare de pe Internet si la salvarea spatiului pe disc.

Formatul .mp3 sau MPEG-Audio Layer-3 (Motion Picture Experts Group Audio) este un format compresat ce face fisierele considerabil mai mici, cu pastrarea calitatii foarte bune a secventei sonore. Un fisier MP3 inregistrat si comprimat in raportul potrivit cu pastrarea calitatii este un competitor deosebit pentru CD-Audio. Noua tehnologie permite transmiterea sirurilor de date astfel, incat utilizatorul nu trebuie sa astepte descarcarea intregului fisier pentru a asculta secventa sonora.

Tema:

1.    O melodie pe care o ascultati de pe un CD-Audio stocati-o intr-un fisier sunet de format .WAV, apoi MP3. Cele doua tipuri de fisiere vor contine sunet cu urmatoarele caracteristici: 44,1 KHz si 16 biti, 44,1 KHz si 8 biti, 22,05 KHz si 16 biti. Analizati calitatea sunetului cu caracteristicile cerute si dimensiunea fisierelor in care sunt stocate.