Технология обработки звуковой информации средствами многоплатформенного звукового редактора (создание электронного учебного пособия)

МАУДО «ЦЕНТР ДЕТСКОГО ТВОРЧЕСТВА»

Технология обработки звуковой информации средствами многоплатформенного звукового редактора

(создание электронного учебного пособия)

Выполнил:

Королев Андрей

объединение «Мир информационных технологий»

Руководитель:

Новоселов Андрей Михайлович

Лянтор 2020

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение        3

Цели и задачи проекта        4

Исследовательский этап        5

Звуковые форматы        5

Звуковой редактор AUDACITY        10

Звуковые фильтры и эффекты        18

Технологический этап        21

Заключение        25

Список литературы        26

Введение

Задача накопления, обработки и обмена информацией стояла перед человечеством на всех этапах его развития и во всех сферах деятельности.

Достаточно долго основным инструментом для решения задач накопления, обработки и распространения полученной информации были мозг, язык и слух человека. Положение в корне изменилось с появлением компьютеров. Они стали универсальным техническим средством обработки любой информации и играют роль усилителя интеллектуальных возможностей человека и общества в целом, а коммуникационные средства, использующие компьютеры, служат для связи и передачи информации.

В компьютере обработку и преобразование информации выполняет прикладное программное обеспечение (ПО). Основными типами прикладных программ являются:

• текстовые редакторы;
• графические редакторы;
• электронные таблицы;
• звуковые редакторы;
• обучающие программы;
• программы тестирования;
• программы статистических расчетов;
• почтовые и телекоммуникационные программы;

В своем проекте я предлагаю рассмотреть и изучить современные средства обработки звуковой информации

Цель проекта – изучить технологию обработки звуковой информации средствами многоплотформенного звукового редактора Audacity при освоении программы профессиональной подготовки по направлению «Оператор электронно-вычислительных и вычислительных машин»

Задачи проекта:

1. Определение  понятия  «цифровой звук» и «цифровые форматы звука».
2. Анализ существующих программ и технологических приемов обработки цифрового звука.
3. Изучение возможностей звукового редактора Audacity в области оцифровки и микшировании звука, создании акустических эффектов
4. Создание практикума по работе с редактором Audacity на занятиях по направлению «Оператор ЭВиВМ».
5. Подготовить обучающие видеосюжеты по работе с программой Audacity.

ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ЭТАП

Цифровой звук - аналог фотографии, точная цифровая копия введенных извне звуков. Это может быть сделанная с микрофона запись вашего голоса, копия звуковых дорожек с компакт-диска или сотового телефона.

ЗВУКОВЫЕ ФОРМАТЫ (ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ)

ЗВУКОВОЙ ФОРМАТ AUDIO 

Всем нам сегодня известно такое устройство, как лазерный проигрыватель, которым снабжены практически все современные музыкальные центры. Данное устройство воспроизводит звук с лазерных компакт-дисков или AUDIO-CD-дисков (что одно и то же). Качество такого звука выгодно отличается от качества с обыкновенной аудиокассеты: нет никаких шумов прохождения ленты, "пожёванности" или "растянутости". На один лазерный диск помещается 74 минуты звучания в формате AUDIO. Данный диск может быть воспроизведён и на ПК, снабжённом устройством CD-ROM (устройством для работы с CD-дисками). В формате AUDIO звук может храниться только непосредственно на компакт-диске, для хранения в компьютере (на жёстком диске) данный формат не приемлем. Некоторым неудобством аудиоформата также является то, что он, в основном, не может иметь визуального названия своего содержимого. То есть, если на диске не указан перечень песен и вы потеряли сопутствующий конверт, то узнать содержимое диска можно только прослушав каждый трек.

Итог. Звуковой формат AUDIO имеет высокое качество звучания, этот формат используется для проигрывания звука на бытовых лазерных проигрывателях, а также на ПК, имеющих CD-ROM. Имеет достаточно большой объём: на один лазерный диск помещается 74 минуты звучания. Музыкальный трек формата AUDIO не имеет названия.

Звук в формате AUDIO можно записать при помощи специальных программ на жёсткий диск компьютера, но при этом компьютер преобразует формат AUDIO в формат WAV.

Звуковой формат WAV 

Формат звука WAV - это цифровой формат звука, по своему качеству примерно одинаковый с форматом AUDIO, но объем измеряется не в минутах, а в байтах, мегабайтах и т.д. Данный формат может храниться как на жёстком диске ПК, что делает его весьма доступным для работы со звуковым оформлением сценария, так и на компакт-диске. Формат WAV может иметь своё индивидуальное название на любом носителе (каждый файл вы можете назвать, как вам захочется, и это название будет сохраняться при копировании или переносе). Не нуждается в специальных программах для копирования, скажем, с лазерного диска на жёсткий диск, что делает удобным перемещение звуковых файлов с ПК на ПК.

Звук в формате WAV не может быть воспроизведён на простом бытовом лазерном проигрывателе, этот формат может быть обработан только программами компьютера или CD-плеерами.

Итог. Формат WAV - компьютерный звуковой формат, обладающий высоким качеством, но и большим объемом. Может храниться на любом приемлемом для ПК виде носителей и имеет своё индивидуальное название.

Звуковой формат MP3 (сокращенно от MPEG3) 

Звуковой формат MP3 является на сегодняшний день наиболее популярным форматом хранения музыки на компьютере. Очень удобен при работе над звуковым оформлением сценария, когда вся база данных (музыкальный архив) находится у нас под рукой (на жёстком диске). Формат WAV после конвертации из AUDIO, займёт значительное место на жёстком диске. При помощи соответствующих программ можно "сжать" звуковые файлы формата WAV в формат MP3. Это значит, что при небольшой потере качества объем уменьшится в 5-10 раз.

Таблица 1. Соотношение качество-объем звукового формата mp3

Формат MP3, так же как и формат WAV, может без помощи специальных программ копироваться с носителей на жёсткий диск ПК и обратно. Он занимает выгодно мало места не только на жёстком диске, но и на компакте. Если AUDIO или WAV-ов, предположим, стандартных песен по 3 минуты можно уместить на лазерный диск порядка 24, то сжатых файлов в MP3 может поместиться больше сотни (в зависимости от степени сжатия).

Итог. Формат звука MP3 имеет малый размер, но несколько проигрывает в качестве звука (в зависимости от степени сжатия). Имеет собственное название содержимого, легко копируется на персональном компьютере. Воспроизводится только специальными программами ПК или специальными MP3 плеерами. Удобен в создании музыкального архива для звукового оформления сценариев, а также для хранения на лазерных компакт-дисках.

Таблица 2. Сводная таблица музыкальных форматов AUDIO, WAVE, MP3

Звуковой формат MIDI

Следующим семейством компьютерных звуков являются файлы в формате MIDI. В состав ПК входит звуковая плата, которая имеет набор синтезированных звуков (своеобразный воображаемый оркестр). Звуковой формат MIDI допускает изменение темпа и тональности, поэтому он удобен для минусовых фонограмм и для работы с солистами - исполнителями песен. 

Итог. Файлы формата MIDI являются набором команд для "зашитых" в звуковую плату ПК синтезированных звуков. При воспроизведении данного формата можно изменять тональность, темп, подменять инструменты. MIDI имеет очень маленький объём и может воспроизводиться только при помощи специальных компьютерных программ MIDI-плееров. Формат MIDI не приемлем для записи и хранения голоса.

Звуковой формат KARAOKE 

Файлы формата KARAOKE основываются на файлах MIDI и имеют те же самые свойства, только к извлечению музыки ещё добавлен текст песни, который появляется на мониторе ПК синхронно с мелодией. Файлы с расширением KAR воспроизводятся специальной программой Karaoke-player, которая также может воспроизводить и MIDI-файлы. Данный формат очень популярен, поэтому зарубежной промышленностью выпускаются музыкальные центры с функциями воспроизведения KAR-файлов, но эти музыкальные центры считывают только прилагаемый к ним CD-диск караоке. Если вы поставите в такой центр CD-диск, записанный с вашего ПК, то ничего воспроизводиться не будет. Точно такой же эффект получится, если Вы попытаетесь прочесть штатный караоке-диск от музыкального центра в CD-ROM вашего компьютера. Это объясняется коммерческим интересом технологий.

Итог. Музыкальные файлы формата KARAOKE обладают теми же свойствами, что и файлы формата MIDI: имеют очень маленький объем, позволяют изменять темп, тональность. Дополнительно в формате KARAOKE имеется текст песни, который может отображаться на экране монитора.

Таблица 3. Основные характеристики звуковых форматов MIDI и KAROKE

ЗВУКОВОЙ РЕДАКТОР AUDACITY

Звуковые редакторы позволяют не только записывать и воспроизводить звук, но и редактировать его. Оцифрованный звук представляет в звуковых редакторах в наглядной форме, поэтому операции копирования, перемещения и удаления частей звуковой дорожки можно легко осуществлять с помощью мыши.

Кроме того, можно накладывать звуковые дорожки друг на друга (микшировать звуки) и применять различные акустические эффекты (эхо, воспроизведение в обратном направлении и др.).

Звуковые редакторы позволяют изменять качество цифрового звука и объем звукового файла путем изменения частоты дискретизации и глубины кодирования. Оцифрованный звук можно сохранять без сжатия в звуковых файлах в универсальном формате WAV или в формате со сжатием MP3.

Audacity – многоплатформенный редактор звуковых файлов, ориентированный на работу с несколькими дорожками.  Данный редактор является свободно распространяемым продуктом и имеет русский язык интерфейса.

Редактор Audacity имеет ряд преимуществ:

· импорт и экспорт файлов WAV, MP3 (с использованием кодировщика LAME MP3), Ogg Vorbis, FLAC и других форматов;

· запись с микрофона, линейного входа и других источников;

· запись с одновременным прослушиванием имеющихся дорожек;

· запись до 16 каналов одновременно (необходима многоканальная

звуковая карта);

· эффекты и расширения как в комплекте поставки, так и устанавливаемые отдельно (LADSPA либо на функциональном языке Nyquist);

· индикаторы уровня записи и воспроизведения;

· изменение темпа с сохранением высоты тона;

· изменение высоты тона с сохранением темпа;

· удаление шума по образцу;

· воспроизведение множества дорожек одновременно (без поддержки многоканального звука — при воспроизведении используются только два канала, в которые микшируются все дорожки);

· сведение дорожек с разными качественными характеристиками с автоматическим преобразованием к заданным характеристикам проекта в режиме реального времени;

· результаты могут сохраняться во множество форматов, обеспечиваемых библиотекой libsndfile.

ИНТЕРФЕЙС ПРОГРАММЫ

На рисунке приведен внешний вид звукового редактора

• строка меню;
• панели инструментов;
• рабочее поле, в которое помещено 2 звуковых файла (2 трека);
• строка состояния.

МЕНЮ

Меню содержит набор необходимых для работы команд. Команды "Файл", "Правка" и "Вид" являются стандартными и отвечают соответственно за работу с файлами ("Файл"), редактирование звукового материала ("Правка") и представление ("Вид").

Команда "Проект" позволяет добавлять треки в проект (Проект - импортировать звуковой файл...) для создания композиции из отдельно взятых звуковых файлов.

Команда "Эффекты" предоставляет набор стандартных звуковых эффектов: ревер, эхо, хорус, эквалайзер, смена темпа, смена высоты звука...

ПАНЕЛЬ ИНСТРУМЕНТОВ "ГЛАВНАЯ"

Главная панель изображена на рисунке 2. Содержит команды по исполнению звукового материала (игра, остановить, перейти в начало трека), а также его редактированию (переместить, изменить громкость и т. д.).

 Главная панель

Группа круглых кнопок предназначена для управления звуковым материалом проекта в целом.

Группа квадратных кнопок предназначена для редактирования отдельного трека.

ПАНЕЛЬ ИНСТРУМЕНТОВ "РЕДАКТИРОВАНИЕ"

Кнопки панели "Редактирование" дублируют наиболее часто используемые команды общего меню программы.

ПАНЕЛЬ ИНСТРУМЕНТОВ "МИКШЕР"

Панель инструментов "Микшер" позволяет выбрать канал для записи, а также установить уровень громкости входного канала (при записи) и громкость звучания звуковой карты.

Панель инструментов "Микшер"

Слайдер "Громкость" регулирует уровень громкости звучания звуковой карты. При перетаскивании мышью слайдера слева направо общий уровень звучания проекта увеличивается.

Слайдер "Уровень входа" регулирует уровень входного сигнала. При записи позволяет установить желаемый уровень записываемого сигнала.

Селектор канала выбирает входной канал, с которого будет производиться запись (микрофон, линейный вход). Возможные входные каналы приведены на рисунке.

Список входных каналов звуковой карты

Некоторые каналы для записи:

Microphone - Микрофонный вход звуковой карты

Analog Mix (Line/CD/Aux) - Линейный вход звуковой платы (

Wave/MP3 - данный вход позволяет записывать, например, звук с музыкального CD.

АУДИОТРЕК И АУДИОДОРОЖКИ

Аудиотрек графически отображает звук в цифровом формате. На рисунке показан такой трек.

Аудиотрек, состоящий из двух аудиодорожек

Каждый трек имеет ряд управляющих элементов и других объектов. Рассмотрим их подробнее.

Можно изменить вертикальный размер трека, потянув за его нижнюю границу мышью. Тем самым можно регулировать количество видимых треков на рабочем поле программы.

ИМПОРТ ЗВУКА В ЗВУКОВОЙ РЕДАКТОР

Чтобы поместить (импортировать) звук в звуковой редактор, необходимо выполнить команду меню "Проект - импортировать звуковой файл..." и выбрать музыкальный файл. Из наиболее известных форматов редактор Audacity позволяет импортировать звук в формате Wave и MP3. Если звуковой файл имеет другой формат, необходимо сначала его представить в другом звуковом формате, а потом импортировать в звуковой редактор.

ЗВУКОВЫЕ ФИЛЬТРЫ И ЭФФЕКТЫ

Рассматриваемый звуковой редактор содержит множество интересных фильтров и эффектов.

1. Нормализация

Этот фильтр используется для выравнивания уровня записанного сигнала.

В отличии от фильтра «Усиление сигнала» данный фильтр обеспечивает усиление в заданном диапазоне, т.е. максимальная амплитуда — фиксированное число. Этот фильтр обычно применяют после записи с микрофона

2. FFT-фильтр

С помощью этого фильтра можно усилить некоторые частоты, а некоторые

— ослабить, как на эквалайзере

3. Инвертирование

Крайне полезный фильтр, если надо выделить общую для двух дорожек часть. Как правило, при стереозаписи — это вокал. Если инвертировать один из каналов и произвести вычитание, вокал частично удалится из спектра и останется сопровождение.

4. Плавное нарастание или затухание

Фильтр плавно увеличивает или уменьшает амплитуду выделенной части сигнала.

5. Повтор

Фильтр обеспечивает повтор выделенной части сигнала несколько

раз

6. Разворот

Фильтр обеспечивает запись выделенной части сигнала в обратномпорядке.

7. Смена темпа

Этот фильтр удобно применять к записи речи. В отличии от «Смены скорости» он не меняет тональность, но меняет темп.

8. Удаление шума

Фильтр эффективно удаляет шум при записи с микрофона, виниловой пластинки и т.п.

9. Усиление базовых частот

В спектре звука есть основные частоты, которые усиливает данный фильтр.

10. Усиление сигнала

Этот фильтр действует, как ручка громкости.

11. Фазер

Данный фильтр сопровождает основной сигнал звуком, который получается с помощью фазосдвигателя. Сдиг по фазе производится низкочастотным модулятором, параметры которого можно менять.

12. Эквалайзер

То же самое, что FFT фильтр. Отличием являются встроенные варианты фильтрации.

Применение звуковых редакторов в учебном процессе играет очень значимую роль.

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ЭТАП

Практическая работа в звуковом редакторе Audacity

На «Рабочем столе» создайте папку с именем «фамилия учащегося». Если вас несколько, впишите все фамилии через пробел. Результаты всех заданий сохраняйте в эту папку. 

Запустите программу Audacity (Пуск  –  Все программы - Audacity) и рассмотрите интерфейс:

Добавление звукового файла в редактор, осуществляется простым перетаскиванием мышкой.

Задание 1. Сохранение в разные звуковые форматы.

А) Откройте файл  Вальс.мр3  и сохраните его в формате wav  (команда меню: файл – экспортировать, выбрать свою папку, задать имя и выбрать нужный тип файла, в окне нажать «ОК»).

Б) Откройте файл  Ария.wav  и сохраните его в формате мр2

Задание 2.Обрезка и перестановка местами звуковых фрагментов.

За выделение части волновой формы либо постановки курсора в нужную часть звуковых данных отвечает инструмент Выделение:

Прежде чем выделять  аудио, убедитесь, что выбран именно этот инструмент.

Пример выделения со 2 по 3 секунду:

Если плохо видно шкалу времени, пользуйтесь кнопками:

Увеличьте волновую форму так, чтобы она по горизонтали вместилась в окно редактора. Для этого нужно только нажать на кнопку .

Исправление ошибок:

Для вырезания, копирования и вставки выделенной части аудиозаписи воспользуйтесь пунктами меню: Правка → Вырезать (Ctrl+X), Правка → Копировать (Ctrl+C) и Правка → Вставить (Ctrl+V) либо кнопками на панели инструментов:  

Практические задания:

• А) Откройте файл Вальс.мр3, выделите первые 15 сек. звучания, скопируйте их, вставьте данный фрагмент в конец композиции, применив к нему эффект плавного затухания. (Меню: эффекты – плавное затухание). Когда применяете эффект не забываем, что фрагмент должен быть выделен.

Результат сохраняем в свою папку(файл - экспортировать) под именем «вальс21 .мр2».

• Б) Откройте файл Вальс.мр3, выделите последние 15 сек. звучания и вставьте этот фрагмент в начало композиции, применив к нему эффект плавного нарастания. Результат сохраняем в свою папку под именем «вальс22 .мр2».
• В) Откройте файл Ария.мр3, удалите фрагмент с 44,5 сек до 53,5 сек., прослушайте что получилось и сохраните в файл «1.wav»
• Г) Откройте файл Ария.мр3, выделите фрагмент с 12сек. до 2 мин.28сек., удалите его и сохраните  в файл «2.wav»
• Д) Откройте файл Вальс.мр3, выделите фрагмент с 1мин50сек. до 2мин.20 сек., обрежьте по краям (меню: правка – обрезать по краям) и сохраните в файл «3.wav»
• Е) Откройте файл 2.wav, добавьте к нему файл 3.wav, затем ещё раз 2.wav. Прослушайте что получилось и откорректируйте переходы между файлами, удалив паузы, полученное сохраните в файл «4.mp2»

Задание 3. Соединение нескольких треков в один.

• Откройте файл Вальс.мр3, создайте новую стереофоническую дорожку (дорожки – создать…) и скопируйте туда файл Ария.мр3, сведите дорожки (дорожки – свести …). Прослушайте что получилось, сохраните в файл «5.мр2»

Задание 4. Работа с каналами звука.

• Откройте файл Вальс.мр3 и разделите стереодорожки на левую и правую.  (  в выпадающем меню: разделить стереодорожку).  Левый канал сохраните в формате мр2 (файл: левый.мр2),  а правый в формате wav (файл: правый.wav).

Задание 5. Работа с эффектами (меню эффектов).

• А) Откройте файл Ария.мр3, примените эффект усиления басовых частот. Для первых 15 сек. примените эффект плавного нарастания, а для последних 15 сек. - эффект плавного затухания. Прослушайте, что получилось, сохраните полученный результат в файл «ария51.мр2»
• Б) Откройте файл Вальс.мр3 и примените к нему эффект смены темпа (30%), прослушайте и сохраните в файл «вальс52.мр2».
• В) Откройте файл Кузнечик.мр3 и самостоятельно поэкспериментируйте с разными эффектами. Результат сохраните в файл «кузнечик53.мр2».

• Г) Откройте файл Группа крови.мр3, прослушайте его, удалите шум (меню эффектов)  и сохраните результат «группа крови71.мр2».

Задание 6. Работа с микрофоном. Запись речи и наложение ее на музыкальную основу.

• Записать следующий текст через микрофон:
• «К югу от Летнего сада, на левом берегу Мойки высится Инженерный замок. В средине XVIII века на этом месте стоял деревянный дворец царицы Елизаветы Петровны, построенный по проекту знаменитого Растрелли».
• Наложить этот текст на музыкальную основу (для основы использовать файл E_01.WAV).
• Записать результат наложения в файл "диктор.mp2"

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Большие возможности, интуитивно понятный интерфейс, принадлежность к свободно распространяемому ПО делают данный звуковой редактор хорошим средством для подготовки видеофрагментов, видеопрезентаций, звукового сопровождения к праздникам в школах, учреждениях дополнительного образования.

В процессе работы над проектом были созданы следующие видеоуроки:

1. Запись и редактирование звука в программе AUDASITY
2. Создание внешних звуковых эффектов при создании звукового сопровождения
3. Создание рингтона
4. Создание минусовой фонограммы

Для практического использования звукового редактора на занятиях по направлению «Оператор ЭВиВМ» были разработаны конкретные задания обучающие основным возможностям программы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Рахимов, Компьютерные технологии в музыке / Р.Г. Рахимов. - Уфа: ООО «Вагант», 2007. - 39 c.
2. Земсков Юрий. Звуковые редакторы. [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://computerlibrary.info/view/article127/ (дата обращения: 11.02.2013)
3. Звуковые редакторы. Общий обзор. [электронный ресурс]. – Режим доступа: http://cjcity.ru/content/sound-editors.php
4. http://www.centrmag.ru/book2202642.html
5. http://www.mirhifi.ru/