1. МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ
Московский государственный институт электроники и математики
(Технический университет)
Кафедра ИКТ
Отчет на тему:
«Звук в истории развития ИТ»
по курсу: Информационные Технологии
Выполнили:
Студенты группы С-65
Волкова Н.М.
Зайцев В.В.
Проверил:
Куприянов Ю.
Москва 2011

2. Оглавление:
1. Введение.
2. Механические музыкальные инструменты.
3. Виды записи:
Механическая запись.
Электромеханическая запись.
Магнитная запись.
Оптическая (фотографическая) запись.
Цифровая звукозапись.
Лазерная (оптическая) запись.
Магнитооптическая запись.
Запись звука на электронные носители.

3. Введение.
Сам по себе звук — это колебательное движение частиц упругой среды, которое распространяется в
виде волн в газообразной, твердой или жидкой среде.
Если рассматривать в более узком смысле звук — это явление, субъективно воспринимаемое
специальным органом чувств человека и животных.
То есть, когда вы хлопнули в ладоши, ударили мячом об пол или произнесли что-то — попросту
говоря, издали всего лишь один звук, и в помещении, где вы находитесь, родилась звуковая волна,
обладающая своей энергией. Полученная волна распространяется по помещению (падающая
энергия), встречается с преградой (стеной, перекрытием) и частично отражается от нее (отраженная
энергия). Другая же часть энергии волны, превращаясь в тепловую ее разновидность, рассеивается по
преграде (рассеянная или поглощенная энергия). Ну а оставшейся части все же удается «прорваться»
сквозь преграду и выйти с другой ее стороны (энергия прошедшая).
Органами слуха человек воспринимает колебательные движения воздуха, различая при этом их по
силе и частоте. Считается, что мы слышим только звуковые волны в частотном диапазоне 16—20 000
Гц, но и в этих пределах разные частоты могут восприниматься человеческим ухом по-разному.
Лучше всего ухо слышит частоты (500-4000 Гц) - сюда входят и разговор, и различный бытовой шум.
И более низкие (16-500 Гц), и более высокие (2000-20 000 Гц) частоты воспринимаются менее
качественно. Например, звук с частотой 20 000 Гц способны слышать в основном младенцы.
Уже в среднем возрасте максимальная воспринимаемая частота для большинства людей
ограничивается рамками 17 000—18 000 Гц, а у стариков верхняя частотная планка обычно не
превышает 15 000 Гц.
Звук хочется сохранить.
Методы и носители для звукозаписи менялись и подверглись значительным изменениям с момента
записи первых звуков (для последующего их воспроизведения) до настоящего времени.
Механические музыкальные инструменты
Первыми устройствами для записи и воспроизведения звука были механические музыкальные
инструменты. Они могли воспроизводить мелодии, но не способны были записывать произвольные
звуки, такие как человеческий голос. Механические изобретения воспроизводили музыку,
записанную на бумагу, дерево, металлические валики, перфорированные диски и другие
приспособления. Помимо человеческих рук, эти механизмы могли приводиться в действие еще пятью
способами: водой, песком, весом, пружиной и электричеством.
Автоматическое воспроизведение музыки известно еще с 9-го века, когда братья Бану Муса около 875
года изобрели наиболее старинный из известных механических инструментов гидравлический или

4. «водный орган», который автоматически проигрывал сменные цилиндры. Цилиндр с выступающими
«кулачками» на поверхности оставался основным средством для механического воспроизведения
музыки до второй половины 19-го века
В эпоху возрождения появляются разнообразные механические музыкальные инструменты,
использующих цилиндр для воспроизводения мелодий: шарманки (XV век), музыкальные часы
(1598), музыкальных шкатулок, ящиков (1815 год), табакерки. Все эти изобретения могли играть
сохраненную музыку, не могли записывать различные звуки, живые выступления, имели
ограниченный набор мелодий.
Первым из видов записи была
Механическая запись
Первоначально механическая запись осуществлялась механо-акустическим способом (записываемый
звук воздействовал через рупор на мембрану, жёстко связанную с резцом).
В дальнейшем этот способ был полностью вытеснен электро-акустическим способом: записываемые
звуковые колебания преобразуются микрофоном в соответствующие электрические токи,
воздействующие после их усиления на электромеханический преобразователь - рекордер, который
превращает переменные электрические токи посредством магнитного поля в соответствующие
механические колебания резца.
Фонограф
Игла соприкасалась с поверхностью вращаемого вручную стеклянного цилиндра, покрытого копотью
или бумагой. Звуковые колебания, проходя через конус, заставляли мембрану вибрировать,
передавая колебания игле, которая прочерчивала на копоти отметки.
В 1877 г. Т.Эдисон изобрел фонограф, который уже мог воспроизводить свое записанное. Звук
записывается на носителе в форме дорожки, глубина которой пропорциональна громкости звука.
Граммофон
Граммофон был изобретен в 1888 году Эмилем Берлинером. Вместо воскового валика
использовалась грампластинка.
Патефон
В 1907 г. Гильон Кеммлер предложил усовершенствование граммофона. Так вскоре появился
патефон. В отличие от граммофона, у патефона рупор маленький и встроен в корпус, сам аппарат
скомпонован в виде чемоданчика.

5. Электромеханическая запись
В 1925 году вместо способа записи через рупор стали пользоваться электроакустическим методом —
запись через микрофон.
За счёт уменьшения искажений частотный диапазон расширился с 150-4000 до 50-10000 Гц.
Вместо пружинного двигателя для вращения пластинки стал использоваться электрический
двигатель.
Эти звукосниматели преобразуют колебания иглы, бегущей по звуковой дорожке грампластинки, в
электрический сигнал, который после усиления в электронном усилителе поступает в
громкоговоритель.
В быту электрофон часто называют прои́грывателем
Магнитная запись
для записи звукового сигнала использовалось явление магнетизма (свойств некоторых материалов
сохранять намагниченность после прекращения воздействия на них внешнего магнитного поля.)
Запись производится с помощью специального устройства - записывающей магнитной головки,
создающей переменное магнитное поле на участке движущегося носителя (зачастую магнитной
ленты), обладающего магнитными свойствами. На ферромагнитном слое носителя остается след
остаточного намагничивания. След и есть дорожка фонограммы. При воспроизведении магнитная
головка преобразует остаточный магнитный поток движущегося носителя записи в электрический
сигнал звуковой частоты.
Это устройство он назвал полностью электрическим вариантом фонографа.
Использовал металлическую (стальную) проволоку в качестве носителя.
Магнитофон
В качестве носителя используются материалы с магнитными свойствами: магнитная лента
Магнитная пленка была относительно дешевым и очень надежным звуконосителем. И звучала она
лучше, чем любые другие звуконосители того времени.
Многодорожечная запись
Многодорожечная запись позволяет производить одновременную или последовательную запись
большого числа звуковых источников на отдельные звуковые дорожки. До их появления запись
производилась на разные магнитофоны, которые требовали синхронизации. Применение
многодорожечных рекордеров позволило решить эту проблему и вывести уровень звучания
высококачественной звукозаписи на новый уровень.
Кассетный формат
Первый кассетный формат, использовавший ленту, склеенную в бесконечную петлю, был
запатентован в 1952 году.

6. 1964 году фирма PHILIPS продемонстрировала миру компактную кассету, которая хоть и звучала
несколько хуже пластинок, но была очень удобной и практичной по сравнению с бобинными
гигантами. А с 1968 года начался серийный выпуск кассетных магнитофонов.
В 1971 году компания Advent Corporation впервые представила кассету c магнитной лентой на основе
оксида хрома. Качество звука на них было намного выше. Это привело к появлению кассет с
записанной на них (в фабричных условиях) музыкой (фонограммой), кроме того, кассеты начали
использоваться для самостоятельной записи музыки.
Оптическая (фотографическая) запись
запись электрических колебаний звуковой частоты, осуществляемая фотографическим способом на
движущейся киноплёнке.
Опти́ческая фоногра́мма — звуковая дорожка на киноплёнке, предназначенная для воспроизведения
оптическим методом.
Оптическая фонограмма получила наибольшее распространение в кинопоказе, так как не требует
синхронизации изображения и звука, записанных на одном носителе. Кроме того, достигается
бо́льшая долговечность благодаря одинаковости эмульсионного слоя фильма в зоне изображения и
звукозаписи, в отличие от магнитных методов.
Фонограмма переменной плотности (слева) и фонограмма переменной ширины (справа)
Цифровая звукозапись
технология преобразования аналогового звука в цифровой с целью сохранения его на физическом
носителе для возможности последующего воспроизведения записанного сигнала.
Цифровой звук — представление аналогового звукового сигнала в виде битовой последовательности,
которая соответствует уровням электрических звуковых колебаний в определенные промежутки
времени.
Для преобразования звука в цифровой вид, применяется импульсно-кодовая модуляция или, реже,
сигма-дельта-модуляция.
Чтобы получить на входе канала связи ИКМ-сигнал из аналогового, мгновенное значение аналогового
сигнала измеряется через равные промежутки времени. Количество оцифрованных значений в
секунду (или скорость оцифровки, частота дискретизации) должно быть не ниже 2-кратной
максимальной частоты в спектре аналогового сигнала (по теореме Котельникова).
Мгновенное измеренное значение аналогового сигнала округляется до ближайшего уровня из
нескольких заранее определённых значений. Этот процесс называется квантованием, а количество
уровней всегда берётся кратным степени двойки, например, 8, 16, 32 или 64. Номер уровня может
быть соответственно представлен 3, 4, 5 или 6 битами. Таким образом, на выходе модулятора
получается набор битов (0 и 1).

7. Схема прохождения звука от источника через микрофон, АЦП, процессор, ЦАП, громкоговоритель и
снова в звук
Принцип цифрового представления колебаний звукозаписи достаточно прост:
вначале нужно преобразовать аналоговый сигнал в цифровой, это осуществляет устройство —
аналого-цифровой преобразователь (АЦП)
произвести сохранение полученных цифровых данных на носитель: магнитную ленту (DAT), жёсткий
диск, оптический диск или флеш-память
для того чтобы прослушать сделанную запись, необходимо воспроизведение сделанной записи с
носителя и обратное преобразование из цифрового сигнала в аналоговый, с помощью цифро-
аналогового преобразователя (ЦАП).
Принцип действия АЦП:
Ограничение полосы частот производится при помощи фильтра нижних частот для подавления
спектральных компонент, частота которых превышает половину частоты дискретизации.
Дискретизацию во времени, то есть замену непрерывного аналогового сигнала последовательностью
его значений в дискретные моменты времени — отсчетов. Эта задача решается путём использования
специальной схемы на входе АЦП — устройства выборки-хранения.
Квантование по уровню представляет собой замену величины отсчета сигнала ближайшим значением
из набора фиксированных величин — уровней квантования.
Кодирование или оцифровку, в результате которого значение каждого квантованного отсчета

8. представляется в виде числа, соответствующего порядковому номеру уровня квантования.
Принцип действия ЦАП
Цифровой сигнал, полученный с декодера, преобразовывается в аналоговый. Это преобразование
происходит следующим образом:
Декодер ЦАП преобразует последовательность чисел в дискретный квантованный сигнал
Путем сглаживания во временной области из дискретных отсчетов вырабатывается непрерывный во
времени сигнал
Окончательное восстановление сигнала производится путем подавления побочных спектров в
аналоговом фильтре нижних частот
Лазерная (оптическая) запись
При помощи лазерного луча на вращающийся оптический диск записываются цифровые сигналы. В
результате записи на диске образуется спиральная дорожка, состоящая из впадин (питов) и гладких
участков. В режиме воспроизведения лазерный луч, сфокусированный на дорожку, перемещается по
поверхности вращающегося оптического диска и считывает записанную информацию. При этом
впадины считываются как нули, а ровно отражающие свет участки - как единицы.
Такой метод записи обеспечивает практически полное отсутствие помех и высокое качество звучания.
По сравнению с механической и магнитной звукозаписью оптический диск имеет целый ряд
преимуществ - очень высокую плотность записи и полное отсутствие механического контакта между
носителем и считывающим устройством в процессе записи и воспроизведения.
Компакт-диск
Оптический носитель информации в виде пластикового диска с отверстием в центре, процесс записи
и считывания информации которого осуществляется при помощи лазера
Стал основой для будущих поколений оптических дисков, применяемых не только для хранения
звукозаписей, но и для видео, медиаинформации и в компьютерных системах.
DVD-Audio
— цифровой формат DVD, созданный специально для высококачественного воспроизведения
звуковой информации. Диск формата DVD-Audio позволяет записывать фонограммы с различным
числом звуковых каналов (от моно до 5.1).
Монофони́я -термин, относящийся к записи и воспроизведению звука и означающий одноканальную
запись звука. Монофония предполагает либо один динамик, либо несколько динамиков,
подсоединённых к общему источнику сигнала.

9. Super Audio CD (SACD)
— формат неперезаписываемых оптических аудиодисков, позволяющий хранить аудиоданные со
значительно более высоким качеством по сравнению с обычным CDDA-диском. Разработан
компаниями Sony и Philips в 1999 году
Двухслойный SACD совмещает два формата на одном диске. Аудиоданные высокого качества
хранятся на слое высокой плотности, занимающем объем 4,7 ГБ.
Магнитооптическая запись
Запись ведется при помощи магнитной головки и лазерного луча на специальный магнитооптический
слой диска. Излучение лазера разогревает участок дорожки выше , после чего электромагнитный
импульс изменяет намагниченность, создавая отпечатки. Считывание осуществляется тем же самым
лазером, но на меньшей мощности, недостаточной для разогрева диска: луч проходит сквозь
материал диска, отражается от подложки, проходит сквозь оптическую систему и попадает на датчик.
Минидиск
магнито-оптический носитель информации.
Позиционировался как замена компакт-кассетам, к тому времени уже полностью изжившим себя.
Hi-MD
формат записи данных, разработан Sony «в продолжение» формата MiniDisc.
На диск формата Hi-MD можно записать до 45 часов музыки. На один диск вмещается до 980 МБ
цифровой информации. Запись музыки на такие диски производится либо в реальном времени, во
время воспроизведения (без компьютера),
Запись звука на электронные носители
Запись звуковых данных в виде файлов на различные носители при помощи персонального
компьютера появилась еще в начале 1990-х годов. Однако, большой объём данных и маленький
размер доступных устройств хранения информации не позволяло использовать этот вид записи в
полной мере. Развитие алгоритмов кодирования и сжатия звуковой информации дало толчок
широкому распространению цифровых форматов аудиофайлов. Основным отличием от всех
существовавших до этого методов хранения звукозаписей стало отсутствие ограничения на
обязательное соответствие аудиоформата формату носителя.
Выделяют три группы звуковых форматов файлов:
аудиоформаты без сжатия, такие как WAV, AIFF
(Звуковые данные в стандартном файле формата AIFF представляют собой несжатую импульсно-

10. кодовую модуляцию.)
аудиоформаты со сжатием без потерь (APE, FLAC)
(Используя математические алгоритмы мы сокращаем количество информации о файле с
возможностью полного его восстановления.
Flac кодек.
Особенности.
Аудиопоток делится на 4 части:
строка из 4 байтов
блок метаданных STEAMINFO
необязательные блоки метаданных
аудио фреймы
1. идентификация потока Flac
2. метаданные,содержащие инфу о потоке.
Сжатые аудио данные.
Это данные, кот. Помогают кодеру настроить буфер, частоту дискретизации, кол-во каналов, кол-во
бит на семпл, кол-во семплов, подпись несжатых аудиоданных (для проверки потока после
передачи).
Семпл - относительно небольшой оцифрованный звуковой фрагмент.
Другие блоки предназначены для размещения и считывания на дисковом пространстве.
4. делится входной поток на блоки.
От размера блока зависит модель сжатия. (В среднем 2-6тыс. семплов)
Если проходят стерео данные возможна межканальная деккореляция (ср=(л+п)/2, разн=л-п)
Приводит к значительному увеличению уровня сжатия.
Далее кодер обрабатывает сигнал такой фукцией, чтобы ее резльтат, полученный вычитанием из
оригинала закодировать минимумом бит.
(Параметры функции тоже записываются)
Аудиофрейм состит из:
кода синхронизации (необходим для воспроизведения потока)
номер блока или семпла
восьмибитная контрольная сумма заголовка)
аудиоформаты, с применением сжатия с потерями (mp3, ogg)
Наибольшей популярностью среди массового потребителя стал пользоваться аудиоформат сжатия
mp3.
В формате MP3 используется алгоритм сжатия с потерями, разработанный для существенного
уменьшения размера данных, необходимых для воспроизведения записи и обеспечения качества
воспроизведения звука очень близкого к оригинальному
Принцип сжатия заключается в снижении точности некоторых частей звукового потока, что
практически неразличимо для слуха большинства людей. Данный метод называют кодированием
восприятия.[1] При этом на первом этапе строится диаграмма звука в виде последовательности
коротких промежутков времени, затем на ней удаляется информация не различимая человеческим
ухом, а оставшаяся информация сохраняется в компактном виде.