1、 1 声音数字化 扬子中学 信息组 陈凯博 教材分析 这一部分教学内容在 华师大版 教材中 属于 第一章中的第二节信息 与数字化 里的内容 ， 是第一章中的重点 ，同时也是难点。教材把这部分内容安排在“字符编码”和“汉字编码”之后 ， 要求学生在熟练掌握二进制与十进制相互转换的基础上 ， 先对字符及汉字等较为简单的编码方式有所了解，然后再学习声音编码，这样既符合学生循序渐进的认知规律，又能在学习的过程中加深对二进制的理解。 在 地图 版教材中 ，这部分内容 属于第一章中的第 三 节 ，同样安排在 ASCII 码和汉字编码之后 。 这部分内容在信 息数字化中属于较难的部分 。 学情分析 学生在本
2、节课以前 已学习了二进制的概念及二进制与十进制的 转换方法 ，并能对字符和汉字进行编码 。本节课在 此 基础上继续深入 学习声音编码。 在学习新知识的同时 巩固旧知识，加深对二进制的理解 及各种信息编码的理解 。首先要 让 学生明白 声音是振动产生的，是一种通过声波传递的连续变化的模拟信号 ， 再让他们体会采样和量化，并由此理解声音的编码过程 。由于学生刚刚接触二进制， 采样、量化的概念又比较抽象，又涉及声波等物理知识， 所以理解起来有一定的难度。 教学目标 1、 知识与技能： 1) 知道 声音是振动产生的波 。 2) 知道模拟量和数字量的概念 。 3) 理解声音数字化的基本过程 ， 能分析“
3、采样频率”、“量化位数”和音质及数据量间的关系 。 2、 过程与方法 : 1) 通过 录制各种声音 ， 体会 声音 数字化的过程 。 2) 通过 实验结果分析 采样频率、量化位数与数据量及音质间的关系。 3) 通过 总结声音数字化的规律，能够解决实际生活中一些与之相关的问题 。 3、 情感态度与价值观 1) 通过 实验， 动手实践 ，录制声音 ，提高学习兴趣，激发探究欲望， 为今后继续学习信息的 数字化打下基础。 2) 认识采样的思想实质就是“微分”的思想，愿意通过自己的思考来理解“数字化 ”的过程。 教学重点 及难点 采样、量化 教学方法 多媒体课件、电子教室、合作式学习 2 教学过程 环节
4、 教师活动 学生活动 设计意图 课 堂 引 入 1、 计算机内部采用采用二进制数进行运算和存储 。 2、 要使用计算机 进行信息处理 ，首先要 把待处理的信息用二进制数来表示 。 3、 在学习声音的数字化之前，先复习两个知识： 声音是怎样产生的？ 声音是怎样传播的？ （ 声音是 振动产生的，并通过声波传播 ） 4、怎样表示声波？ 用一根连续变化的曲线 来表示 （声音是一种模拟信号） 5、 声音怎样数字化？ 为了说明问 题，录制一段声音 到电脑里，观察一下，数字化以后得到的波形是否跟原始的模拟信号一致。 录制声音需要话筒，话筒要接到电脑里的声卡接口上。声音的数字化需要声卡。 学生 思考 回答问题
5、，复习 以前学过的有关物理知识。 引出本课的课题，让学生了解本课要学习的内容。 知 识 新 授 录制一段 3 秒钟的 声音，并在 CoolEdit 中查看声音的波形 提问：录制得到的波形跟原始的模拟声波一样吗 ? 将波形放大， 数字化后得到的波形与原始的模拟信号不一样。原始的模拟信号是光滑的，连续的，而数字化以后的 波形是由一个个点连接得到的。 这些点 哪里来？从原始声波上采集得到。我们叫采样。 采样得到的这些点的值都要以二进制数的形式保存在电脑里，我们叫量化。 声音的数字化通过采样和量化两个步骤实现。 （ PPT 上给出采样量化的概念。 ） 采样：从声波上采集信号的样本。每秒钟的采样样本数称
6、为采样频率，单位为 Hz。 量化：将采集到的样本值转化为二进制数。 观察波形并回答问题。 引出采样、量化的概念 ， 了解 声音 数字化的过程 任务 一 完成 5 个采样点的量化，并思考如何使数字化后的波形和原始模拟声波接近。 了解数字化的音质和什么有关。 3 1、如图 1 所示，每隔 0.2 秒采集一个样本，则采样频率为 _Hz。 2、将图中的 5 个采样点进行量化，标注在图 1 对 应的采样点上方。 3、 第四、第五个点应如何量化？取近似值，第四个采样点看成 4，第五个采样点看成 10。 4、 将 5 个采样点用直线连起来，比较连接得到的波形和原始的声波。发现存在 误差 。 5、 有什么办法
7、可以减少误差 ？ 缩小 y 轴刻度之间的间隔 距离 ，将 y轴的刻度从 0 到 31 分为 32 个等级。 （音质同量化位数有关） 6、 数字化波形同原始模拟声波 不太吻合 ，如何解决？提高采样频率，每隔 0.1 秒采样一次。 （音质和采样频率有关） 任务 二 二、 录制 5 段声音，时长各为 3 秒 根据实验结果，完成以下问题： 1、 比较 a1.wav 与 a2.wav 的文件大小：采样频率越高，声音的数据量越 _(填大或小 ) 2、 比较 a1.wav 与 a3.wav 的文件大小：量化位数越多，声音的数据量越 _(填大或小 ) 3、 比较 a1.wav 与 a4.wav 的文件大小，声
8、音数据量和声道数有关吗？答： _(填有关或无关） 4、 比较 a1.wav 与 a5.wav 的文件大小，声音数据量和 音量高低 有关吗？答： _(填有关或无关） 计算公式：声音数据量 (B)=_。 编号 采样频率 量化位数 声道数 音量 保存文件名 文件大小 音质 44100Hz 16 位 立体声 正常说话 a1.wav 好、中、差 4410Hz 16 位 立体声 正常说话 a2.wav 好、中、差 44100Hz 8 位 立体声 正常说话 a3.wav 好、中、差 44100Hz 16 位 单声道 正常说话 a4.wav 好、中、差 44100Hz 16 位 立体声 大声说话 a5.wav
9、 / 任务三 小明非常喜欢听鸟叔的江南 Style，并从网上下载了音质较好的 wav 格式版本（采样频率为 44.1kHz，量化位数为 16 位 ，立体声，时长为 3 分 39 秒）。 1、请你帮小明计算一下，这首歌曲的数据量为多大？（列公式） 2、小明想保存到自己的 U 盘里，但发现 U 盘只剩下 5MB 的存储空间。请你帮小明想个方案， 怎样调整歌曲的采样频率和量化位数，才能存储进 U 盘？ (要求：保持 wav 格式不变，且调整以后音质不能太差）。 方案：采样 频率调整为 _Hz，量化位数调整为_位。 文件大小变为 _。 在 CoolEdit 中操作实现。 巩固任务二实验所得的结论。 4
10、 课 堂 总 结 1. 声音的数字化通过采样和量化两个步骤来实现。 2. 采样：从声波上采集信号的样本。每秒钟的采样样本数称为采样频率，单位为 Hz。 3. 量化：将采集到的样本值转化为二进制数。 4. 采样频率越高，量化位数越多，音质越好。 5. 采样频率越高，量化位数越多，数据量越大 。 作 业 对某段音乐分别采用下列不同的采样频率和量化级数进行数字化，完成后的 音频文件容量最小的是： _。 A、单声道，采样频率 16000Hz，量化的值用 8 位二进制数表示 B、双声道，采样频率 12000Hz，量化的值用 8 位二进制数表示 C、双声道，采样频率 8000Hz，量化的值用 16 位二进制数表示 D、单声道，采样频率 11025Hz，量化的值用 16 位二进制数表示 巩固本节课的内容
