Интерактивный тренажёр по основам цифрового представления звука.
В тренажёре наглядно видно, как аналоговый звуковой сигнал превращается в цифровой: по времени берутся дискретные точки (отсчёты), значения кодируются с заданной разрядностью, а между отсчётами удерживается уровень (ступенчатая линия).
Подойдёт для уроков информатики, физики и самообучения, можно менять параметры и моментально видеть, как они влияют на звуковую волну.
Синяя кривая — «идеальный» аналоговый сигнал (синусоида).
Красные точки — точки дискретизации (значения сигнала в моменты отсчёта).
Зелёная ступенчатая линия — цифровой сигнал (результат кодирования/удержания уровня).
Серая сетка — уровни и временные деления; оси подписаны: по горизонтали время t, мс, по вертикали амплитуда.
При наведении курсора появляется подсказка с численными значениями.
В левой панели — основные параметры. Диапазоны и шаги:
Высота тона: 20…3000 Гц (по умолчанию 383 Гц).
Длительность окна: 1…200 мс (по умолчанию 4 мс).
Частота: 100…10 000 Гц, шаг 100 (по умолчанию 7600 Гц).
Разрядность кодирования: 1…16 бит (по умолчанию 2 бита).
Каналы: моно/стерео.
Переключатели визуализации:
Аналоговый сигнал — показать/скрыть синюю кривую.
Точки дискретизации — показать/скрыть красные точки.
Цифровой сигнал — показать/скрыть зелёную «лесенку».
Уровни дискретизации — показать/скрыть горизонтальные линии уровней.
Кнопки:
«▶︎ Прослушать исходный сигнал» — воспроизведение синусоиды.
Пока идёт воспроизведение, изменения высоты тона применяются сразу, без остановки.
«Сброс» — вернуть значения по умолчанию (383 Гц, 4 мс, 7600 Гц, 2 бита, моно).
Смотрите на оси: время подписано над горизонтальной осью (t, мс), амплитуда — справа от вертикальной.
Интервал между шагами в статистике показывает расстояние по времени между соседними отсчётами (в миллисекундах).
Если частота дискретизации мала относительно высоты тона, красные точки «редкие» и ступеньки грубые — видно искажения (эффект недо-оцифровки).
Чем меньше разрядность кодирования, тем меньше уровней и тем «квадратнее» зелёная линия.
Подсказка при наведении показывает:
t (мс) — время внутри окна;
шаг — номер отсчёта;
аналог — значение синусоиды;
цифровой уровень— закодированное значение и номер уровня;
канал — L или R (в стерео).
Под графиком выводятся:
Разрядность -текущее число бит и уровни дискретизации.
Частота дискретизации и интервал между шагами.
Окно просмотра и оценка количества периодов тона в окне.
Объём за выбранное время
каналы × частота × разрядность × время.
Правило Найквиста (качество по частоте) - установите высоту тона, например 1000 Гц, и уменьшайте частоту дискретизации ниже 2000 Гц — увидите «ломаную» лесенку и смещение формы (алиасинг).
Влияние разрядности кодирования - сравните 2 бита и 12–16 бит при одинаковой частоте дискретизации — ступени становятся тоньше, «цифровой» сигнал приближается к аналоговому.
Подберите длительность окна так, чтобы помещалось ровно 1–2 периода — удобнее наблюдать фазу.
Резко уменьшите окно (например, до 2–4 мс) — точки и ступеньки становятся редкими/крупными; затем увеличьте окно и наблюдайте, как визуальная плотность меняется.
Меняйте каналы/частоту/разрядность и следите, как меняется информационный объём — удобно для оценок размеров аудиофайлов без сжатия.
Воспроизведение в браузере может использовать свою внутреннюю частоту и разрядность звуковой карты.
Визуализация всегда отражает выбранные параметры, а на слух частота дискретизации/разрядность могут не меняться — это нормально.
На очень больших окнах/частотах на слабых устройствах возможна нагрузка на CPU.
Нажмите «Прослушать исходный сигнал».
Поставьте высоту 1000 Гц, окно 10 мс, частоту дискретизации 10 000 Гц, разрядность 8–12 бит.
Уменьшайте частоту дискретизации до 1500 Гц и наблюдайте изменения.
Верните частоту к 10 000 Гц и снизьте разрядность до 2–3 бит — обсудите искажения уровня.
Включите стерео.
Откройте статистику и рассчитайте информационный объём.