2.10 声音记录数字化（教学课件）-四年级信息技术上册同步备课系列（泰山版2024）

声音记录数字化 四年级上册 粤教版 声音的数字化保存过程 声音的还原过程 实践活动 导 入 新 课 新 知 讲 授 数字设备记录的一切信息都要以数字编码为基础。可是，声音数据和以往的信息都不同，它看不见又摸不着，而且没有明显规律，我们无法轻易地找到共同点来制定编码规则。那么，声音是怎样保存到数字设备中，又怎样被还原出来的呢? 新 知 讲 授 声音的数字化保存过程 采样（Sampling） 定义与原理：采样是将连续的声音信号转换为离散的数字信号的第一步。就像用相机拍摄快速运动的物体，我们需要在不同的时间点拍照来记录物体的状态一样，对声音进行采样就是在一定的时间间隔内获取声音信号的幅度值。这个时间间隔称为采样周期，其倒数就是采样频率。例如，常见的采样频率有 44.1kHz（每秒采样 44100 次）和 48kHz 等。采样频率越高，在单位时间内获取的声音样本数量就越多，对原始声音的还原就越精确。 新 知 讲 授 声音的数字化保存过程 类比理解： 可以把声音想象成一条流动的河流，采样就像是在河流上每隔一段时间取一小瓶水来代表这条河流的情况。如果取的频率高（采样频率高），那么就能更好地反映河流的整体状态（声音原貌）。 新 知 讲 授 声音的数字化保存过程 量化（Quantization） 定义与原理：量化是将采样得到的每个声音样本的幅度值用有限个数值来表示的过程。因为计算机只能处理离散的数字，所以需要把连续变化的声音幅度划分成一个个区间，每个区间用一个数字来代表。例如，把声音幅度范围划分为 256 个等级（8 位量化）或 65536 个等级（16 位量化）。量化位数越高，能够表示的声音幅度精度就越高，声音的细节也就保留得越好。 新 知 讲 授 声音的数字化保存过程 类比理解： 如果把声音幅度看作是人的身高，量化就像是把所有人的身高划分到不同的身高区间，每个区间有一个编号。量化位数就像是身高区间划分的精细程度，位数越高，划分越细，对每个人身高的描述就越准确。 新 知 讲 授 编码（Encoding） 定义与原理：编码是将量化后的数字信号转换为计算机能够存储和传输的二进制代码。不同的音频编码格式有不同的编码规则，常见的有脉冲编码调制（PCM），它是一种未压缩的原始音频编码方式。在 PCM 编码中，每个量化后的样本值直接转换为二进制数字。例如，8 位量化的样本值范围是 0 - 255，每个值都可以用 8 位二进制数来表示。还有一些经过压缩的编码格式，如 MP3、AAC 等，它们通过复杂的算法去除声音中的冗余信息，在保证一定音质的前提下减小文件大小。 新 知 讲 授 编码（Encoding） 类比理解： 编码就像是把量化后的身高编号（数字信号）用一种特殊的语言（二进制代码）来表示，以便于记录和交流（存储和传输）。压缩编码则像是用一种更简洁的语言来表达相同的信息，在不丢失太多重要内容的情况下，让表达（文件）更紧凑。 新 知 讲 授 声音的还原过程 解码（Decoding）：当数字设备要播放存储的声音时，首先要进行解码。解码是编码的逆过程，它将存储的二进制代码按照相应的音频编码格式规则转换回量化后的数字信号。例如，对于 MP3 格式的音频文件，播放器会使用 MP3 解码算法将文件中的二进制数据转换为量化后的样本值序列。 新 知 讲 授 声音的还原过程 反量化（De - quantization）： 在解码后，需要进行反量化来恢复声音样本的幅度值。根据量化时的规则，将量化后的数字信号还原为原始的声音幅度估计值。虽然在量化过程中可能会因为精度限制而产生一些误差，但在合理的量化位数下，这种误差通常是可以接受的。 新 知 讲 授 声音的还原过程 重建（Reconstruction）： 最后，通过数字 - 模拟转换（DAC）电路将反量化后的离散数字信号转换为连续的模拟声音信号。这个过程类似于把之前采样得到的一个个离散的点重新连接成一条平滑的曲线，恢复出原始声音的波形，然后通过扬声器等设备播放出来，我们就能听到声音了。就像把之前从河流中取出的小瓶水按照一定的顺序和方式倒回河流，让河流重新流动起来一样。 新 知 讲 授 图形化编程工具提供了声音录制和播放的功能，可以清晰地看到其声音的波形图样。 新 知 讲 授 聆听一段声音，在振幅高的地方画高点，在振幅低的地方画低点，以每秒2到3次的频率，使用纸笔绘画的方法记录一下，完成后观察记录的图形;和图形化编程软件所录制的声音形状比对，有什么相似之处? 新 知 讲 授 声音其实是一种能量波，因此有频率和振幅的特征，频率对应于时间轴线，振幅对应于电平轴线。波是无限光滑的，弦线可以看成由无数点组成，由于存储空间是有限的，数字编码过程中，必须对弦线的点进行采样。采样的过程就是抽取某点的频率值，当在一秒内抽取的点越多，获取的频率信息越丰富。 小秘笈 实 践 活 动 1.声音数字化实验活动准备： 学生分小组，每组配备一台安装有音频录制软件的电脑、一个麦克风和耳机。 活动内容：学生使用音频录制软件，分别以不同的采样频率（如 11.025kHz、22.05kHz、44.1kHz）和量化位数（如 8 位、16 位）录制一段自己说的话或唱的简单歌曲。录制完成后，在小组内播放并比较不同设置下录制的声音质量，讨论采样频率和量化位数对声音的影响。 实 践 活 动 2.数字化音频创作 活动准备：为每个小组发放数字化音频创作任务卡片，任务可以是创作一个简单的音频故事，包括旁白、音效（如风声、雨声等）和音乐。 活动过程：学生根据任务要求，使用音频录制软件和已有的音频素材进行音频创作。小组内成员分工合作，有的负责录制旁白，有的负责寻找和添加音效，有的负责选择合适的音乐。完成后，各小组展示并播放自己创作的音频作品，分享创作思路和在创作过程中对声音数字化的理解。。 练 一 练 1.请使用语言描述，人和人的声音都有哪些方面的区别? 2.利用图形化编程软件录制一段个人语音，对其进行音色调整处理。探讨此类技术的潜在应用，并分析其在预防诈骗方面有什么启示。 谢谢观看 $$