Номер 3, страница 155 - гдз по физике 7 класс учебник Пурышева, Важеевская

3. Запись и воспроизведение звука.

3. Запись и воспроизведение звука.

Запись и воспроизведение звука — это процесс преобразования звуковых волн (механических колебаний среды, например, воздуха) в форму, пригодную для хранения (запись), и последующий обратный процесс преобразования сохраненной информации снова в звуковые волны (воспроизведение). Существуют два основных метода: аналоговый и цифровой.

Этапы процесса:

1. Запись звука

Основная задача на этом этапе — преобразовать звуковую энергию в другой вид энергии, который можно зафиксировать на носителе.

• Преобразование звука в электрический сигнал: Первым шагом всегда является преобразование звуковых колебаний в электрический сигнал. Это делает микрофон. Звуковые волны ударяют по чувствительной мембране микрофона и заставляют ее колебаться. Эти механические колебания преобразуются в электрические. Например, в динамическом микрофоне к мембране прикреплена катушка, которая колеблется в магнитном поле, в результате чего в катушке по закону электромагнитной индукции возникает переменный электрический ток. Частота и амплитуда этого тока точно повторяют частоту и амплитуду звуковых колебаний. Полученный сигнал называется аналоговым, так как он является непрерывной электрической копией звука.

• Сохранение сигнала:

  • При аналоговой записи непрерывный электрический сигнал сохраняется непосредственно. Например, на виниловых пластинках сигнал управляет резцом, который вырезает на диске-оригинале звуковую дорожку с изгибами, соответствующими форме сигнала. На магнитной ленте электрический сигнал, проходя через записывающую головку (электромагнит), намагничивает крошечные частицы на ленте в соответствии с изменениями сигнала.

  • При цифровой записи аналоговый сигнал сначала преобразуется в цифровой код — последовательность чисел. Этот процесс выполняет аналого-цифровой преобразователь (АЦП). Процесс включает два основных шага:

    а) Дискретизация (Sampling): Уровень (амплитуда) непрерывного аналогового сигнала измеряется через очень короткие равные промежутки времени. Частота этих измерений называется частотой дискретизации. Например, для аудио-CD она составляет 44100 раз в секунду (44.1 кГц).

    б) Квантование (Quantization): Каждому сделанному измерению присваивается определенное числовое значение. Точность этого присваивания зависит от разрядности (глубины бит). Например, 16-битное кодирование на CD позволяет представить $2^{16} = 65536$ различных уровней громкости.

    Полученная последовательность двоичных чисел и есть цифровая запись звука, которая затем сохраняется на носителе (CD, жесткий диск, флеш-память).

2. Воспроизведение звука

Это обратный процесс, где сохраненная информация преобразуется обратно в звук.

• Считывание и преобразование в электрический сигнал:

  • При аналоговом воспроизведении считывается физическая форма записи. Игла проигрывателя виниловых пластинок движется по извилистой дорожке, и ее механические колебания в картридже преобразуются обратно в электрический сигнал. Воспроизводящая головка магнитофона считывает изменения магнитного поля ленты и преобразует их в электрический ток.

  • При цифровом воспроизведении с носителя считывается последовательность чисел. Эти числа поступают в цифро-аналоговый преобразователь (ЦАП), который по этим дискретным значениям воссоздает исходный непрерывный электрический сигнал.

• Усиление: Полученный в обоих случаях электрический сигнал, как правило, очень слабый. Его пропускают через усилитель, который многократно увеличивает его мощность (амплитуду).

• Преобразование в звук: Усиленный электрический сигнал поступает на воспроизводящее устройство, например, громкоговоритель (динамик) или наушники. В динамике переменный ток проходит через катушку, прикрепленную к диффузору (конусу). Катушка находится в поле постоянного магнита и, в зависимости от направления тока, втягивается или выталкивается из него. Эти движения заставляют диффузор колебаться, создавая в окружающем воздухе волны давления, которые наш слух воспринимает как звук.

Ответ: Процесс записи звука заключается в преобразовании звуковых волн в электрический сигнал с помощью микрофона и последующем сохранении этого сигнала на носителе в аналоговой (как физическая форма на пластинке или намагниченность на ленте) или цифровой (как последовательность чисел) форме. Процесс воспроизведения является обратным: сохраненная информация считывается с носителя, преобразуется обратно в электрический сигнал (при цифровом воспроизведении — через ЦАП), усиливается и с помощью громкоговорителя или наушников преобразуется в слышимые звуковые волны.