В настоящей книге читатель найдет сведения об устройстве и принципах функционирования компьютера и компьютерных сетей, о применении компьютеров в различных гуманитарных областях, и прежде всего в музыке, о «звуковом канале» передачи информации – свойствах звука и его восприятии человеком, а также о принципах цифровой записи звука и возможностях его компьютерной обработки и научного анализа.
В основу данного издания положены лекции, которые автор – кандидат технических наук, заведующий Научно-учебным центром музыкально-компьютерных технологий Московской государственной консерватории им. П. И. Чайковского, читает студентам и аспирантам консерватории, начиная с 1995/1996 учебного года.
Книга адресована прежде всего музыкантам, но будет интересна всем читателям, которые пользуются компьютером, не имея технического образования. В связи с этим изложение материала построено, как правило, на уровне идей и графических образов, а не формул, однако не в ущерб точности теоретических положений.
Предисловие 10
Часть I. Устройство и сферы применения персонального компьютера 13
Глава 1.
Компьютер – машина для обработки информации 15
1.1. Информация и информатика 15
1.2. Что такое компьютеры, какие они бывают и зачем нужны 17
1.3. Немного истории 18
1.4. О роли вычислительной техники в истории человечества 26
1.5. Поколения электронной вычислительной техники и поколения ее пользователей 27
1.6. О современной классификации компьютеров и прогнозах их развития 36
1.7. Что делают компьютеры в музыке и других гуманитарных сферах? 39
Глава 2.
Принципы работы персонального компьютера 41
2.1. Компьютер – машина для работы с информацией 41
2.2. Принципы кодирования и обработки информации в компьютере 43
Двоичная система счисления 43
Логические операции (булева алгебра) 46
Кодирование текста в компьютере и проблема национальных языков 47
О кодировании нотного текста 49
2.3. Состав и функционирование компьютера 50
Оперативная память компьютера 53
Процессор 54
Дисковая память компьютера 55
О дисках – физических устройствах и дисках логических 57
Файловая система компьютера 58
Файлы и их имена 58
Оглавление диска: каталоги и подкаталоги 61
Взаимодействие дисковой и электронной памяти 62
2.4. Устройства ввода и вывода графической информации 63
Ввод (сканирование) графических изображений 63
Кодирование и отображение графической информации 64
2.5. Устройства вывода на печать – принтеры 68
Глава 3.
Алгоритмы и программы 73
3.1. Алгоритмы в жизни и компьютерной технике 74
3.2. Программа и ее разработка 79
3.3. Система команд процессора 81
3.4. Программное обеспечение персональных компьютеров 82
Операционные системы 82
Системы программирования 84
Прикладные программы 87
Архиваторы 88
Игровые программы 89
Вредоносные программы и борьба с ними 90
Глава 4.
Базы данных и автоматизированные банки информации 95
4.1. Компьютер и накопление информации 95
4.2. Базы данных 97
О моделях данных 105
4.3. Системы управления базами данных. Основные операции с записями 106
4.4. Автоматизированный банк информации: структура и функции 112
4.5. Использование баз и банков данных в гуманитарной сфере 114
Пример анализа социокультурных процессов на основе информационного подхода 116
Глава 5.
Компьютерные сети и их использование 125
5.1. Компьютерные сети 125
Компьютеры и связь между ними 125
Сети – предшественницы Интернет 126
Передача данных через телефонную сеть: компьютер + модем 130
Интернет – всемирное объединение компьютерных сетей 131
5.2. Локальные сети компьютеров 135
5.3. Функции и услуги Интернета и их использование 140
«Всемирная паутина» – World Wide Web 144
Система электронной почты – E-mail 146
Поиск информации в Интернете: справочные системы 148
Поиск библиографической информации 150
Средства оперативного общения 154
Глава 6.
Применение компьютеров в подготовке изданий и в сфере образования 157
6.1. Компьютерная подготовка изданий 158
6.2. Программы для набора, редактирования и верстки текстов – текстовые процессоры 162
6.3. Шрифты и шрифтовые выделения в тексте 163
6.4. Компьютерное оформление и печать текста 164
6.5. Что еще могут программы – текстовые процессоры 165
Функции программы при наборе и редактировании текста 166
Функции компоновки (верстки) текста 167
Функции анализа текста 168
6.6. Вывод текста на печать 169
6.7. Подготовка иллюстраций: ввод и обработка изображений 170
Ввод изображения (сканирование) 171
Подготовка изображения для публикации 172
6.8. Сохранение изображения в файле 174
6.9. Подготовка иллюстраций в виде нотных примеров 174
6.10. Компьютеры в сфере образования 178
Текст и гипертекст 180
Системы гипермедиа 184
Часть II.
Звук и передача информации 189
Глава 7.
Звук и его свойства 191
7.1. Что такое звук 192
7.2. Свойства звука как колебательного процесса 193
О характере звуковых колебаний 194
Гармоническое колебание и его параметры 194
Сложение гармонических колебаний. Колебания сложной формы 197
Сложение колебаний одной частоты 199
Сложение колебаний кратных частот (гармоник) 201
Сложение колебаний некратных частот. Биения 205
7.3. Спектральный анализ звука 208
Анализ периодических колебаний 209
7.4. О спектрах звучания музыкальных инструментов 215
7.5. Спектральный анализ реальных звуков 221
Почти периодические колебания и их спектральный анализ 223
Шум и его спектр 224
7.6. Амплитудно-частотные характеристики систем передачи звука 226
Амплитудно-частотная характеристика 226
Фильтры нижних частот и фильтры верхних частот 228
7.7. Резонансные свойства систем передачи звука. Колебательные системы 231
7.8. Колебания и нелинейность 234
7.9. Вибрато и его характеристики 238
7.10. О способах передачи информации в живой природе 240
7.11. Распространение звука в пространстве 241
Звуковая волна и ее характеристики 242
Длина звуковой волны 243
Скорость распространения звука 243
Затухание пространственной волны 244
Интенсивность звука и ее измерение в децибелах 245
Поглощение звука в среде распространения 245
Отражение и преломление звуковой волны 247
Дифракция звуковой волны 248
7.12. Распределенные колебательные системы 249
Акустический объемный резонатор 250
О формировании звука в музыкальном инструменте 258
7.13. Акустическое качество помещения 262
Глава 8.
Слуховое восприятие человека и передача информации через звуковой канал 267
8.1. Восприятие интенсивности звука. Громкость 267
8.2. Частота колебаний и восприятие высоты звука 270
8.3. Нелинейные свойства слуха и закон Вебера – Фехнера 272
8.4. О разрешающей способности слуха 272
8.5. Эффекты маскировки 274
8.6. Распознавание характеристик звука 277
8.7. Музыкальный строй как проявление закона звуковысотного восприятия 279
8.8. Передача информации через звуковой канал 283
Часть III.
Цифровая запись, компьютерная обработка и анализ звука 293
Глава 9.
Цифровая запись и обработка звука 295
9.1. Цифровая запись звука 296
Дискретизация по времени 298
Дискретизация по уровню 301
Воспроизведение «цифрового» звука 302
О способах цифрового кодирования звука 303
9.2. Цифровой синтез и обработка звука 305
Глава 10.
Компьютерный анализ звука для целей музыковедческого исследования 313
10.1. Тембр и спектр звука и их характеристики 314
10.2. Анализируемые характеристики музыкального звука 316
10.3. Компьютерный анализ фонограмм: задачи и методы 317
10.4. Компьютерный анализ текущего спектра звука 318
Анализ общих характеристик фонограммы по ее спектру 320
Помехи и шумы и их отображение на сонограмме 324
Анализ количественных параметров спектра звука 325
10.5. Анализ звуковысотного рисунка фонограммы 328
Измерение параметров элементов звуковысотного рисунка 330
Измерение статистических параметров звуковысотного рисунка 333
Компьютерный анализ тувинского горлового пения «хоомей» 335
10.6. Опыт и перспективы развития компьютерного анализа звука для целей музыковедения 339
Заключение 341
Приложения 343
Приложение к главе 2 345
Двоичная и другие системы счисления 345
Математическая логика 348
Кодирование изображений 350
Размещение файлов на диске и явление «фрагментации» 351
Приложение к главе 4 355
Приложение к главе 6 357
Компьютерное оформление и печать текста (история) 357
Приложение к главе 7 360
Геометрическая трактовка гармонических колебаний 360
Квадратурные составляющие колебания 362
Сложение гармонических колебаний (геометрическая трактовка) 363
Анализ спектра периодического колебания сложной формы 364
Алгоритм вычисления спектра периодического колебания 365
Почти периодические колебания и их спектральный анализ 369
Шум и его спектр 371
Системы передачи звука и их свойства. Амплитудно-частотная характеристика системы передачи 372
АЧХ колебательных систем 372
Преломление звуковой волны.
Звуковая линза 376
Дополнительные сведения из элементарной математики 378
Экспоненциальная функция и ее свойства 378
Логарифмическая функция и ее свойства 380
Приложение к главе 8 381
Попытки синтеза речи (история и современность) 381
Приложение к главе 9 384
Выбор частоты дискретизации: теорема Котельникова – Найквиста 384
Квантование по уровню. Шум квантования 387
Цифровая запись как способ повышения помехоустойчивости передачи информации 388
Приложение к главе 10 390
Методика компьютерного анализа текущего спектра звука 390
Литература 393
