Комп'ютерні акустичні системи

Робоча програма навчальної дисципліни (Силабус)

Реквізити навчальної дисципліни

Програма навчальної дисципліни

1. Опис навчальної дисципліни, її мета, предмет вивчання та результати навчання

Мета дисципліни вивчити сучасні комп’ютерні інструменти для обробки акустичних сигналів. Вивчити методики інженерного аналізу моделювання та цифрового розрахунку параметрів акустичного сигналу.

Предметом вивчення є апаратна та програмна складові комп’ютерних систем для потреб інженерів з електроніки, які займаються аналізом акустичних сигналів.

Результати навчання, відповідно до освітньої програми “Акустичні електронні системи та технології обробки акустичної інформації” з спеціальності 171 Електроніка:

• Р 1 Описувати принцип дії за допомогою наукових концепцій, теорій та методів та перевіряти результати при проектуванні та застосуванні приладів, пристроїв та систем електроніки.

• Р 2 Застосовувати знання і розуміння диференційного та інтегрального числення, алгебри, функціонального аналізу дійсних і комплексних змінних, векторів та матриць, векторного числення, диференціальних рівняння в звичайних та часткових похідних, ряду Фур’є, статистичного аналізу, теорії інформації, чисельних методів для вирішення теоретичних і прикладних задач електроніки.

• Р 5 Використовувати інформаційні та комунікаційні технології, прикладні та спеціалізовані програмні продукти для вирішення задач проектування та налагодження електронних систем, демонструвати навички програмування, аналізу та відображення результатів вимірювання та контролю.

• Р 8 Визначати та ідентифікувати математичні моделі технологічних об’єктів при розробці у комп’ютерному середовищі нових складних електронних систем та виборі оптимального рішення.

• Р 12 Використовувати документацію, пов’язану з професійною діяльністю, із застосуванням сучасних технологій та засобів офісного устаткування; використовувати англійську мову, включаючи спеціальну термінологію, для спілкування з фахівцями, проведення літературного пошуку та читання текстів з технічної та фахової тематики.

• Р 14 Дотримуватися норм сучасної української ділової та професійної мови.

• Р 15 Виявляти навички самостійної та колективної роботи, лідерські якості, організовувати роботу за умов обмеженого часу з наголосом на професійну сумлінність.

• Р 17 Демонструвати навички проведення експериментальних досліджень, пов’язаних з професійною діяльністю; вдосконалювати методики вимірювання; контролювати достовірність отриманих результатів; систематизувати та аналізувати дані, отримані експериментальним шляхом.

2. Пререквізити та постреквізити дисципліни (місце в структурно-логічній схемі навчання за відповідною освітньою програмою)

Пререквізити: Для вивчення дисципліни студент має попередньо опанувати такі компетенції:

• ЗК 1. Здатність застосовувати знання у практичних ситуаціях.

• ЗК 2. Знання та розуміння предметної області та розуміння професійної діяльності. 

• ЗК 4. Здатність спілкуватися іноземною мовою.

• ЗК 5. Навички використання інформаційних і комунікаційних технологій.

• ЗК 6. Здатність вчитися і оволодівати сучасними знаннями.

• ЗК 7. Здатність до пошуку, оброблення та аналізу інформації з різних джерел. 

• ЗК 10. Здійснення безпечної діяльності.

• ЗК 11. Здатність оцінювати  та  забезпечувати  якість виконуваних робіт.

• ЗК 12. Визначеність  і  наполегливість  щодо  поставлених завдань і взятих обов’язків.

• ЗК 13. Здатність реалізувати свої права і обов’язки як члена суспільства, усвідомлювати цінності громадянського (вільного демократичного) суспільства та необхідність його  сталого розвитку, верховенства права, прав і свобод людини  і громадянина в Україні.

• ЗК 14. Здатність зберігати та примножувати моральні, культурні, наукові цінності і досягнення суспільства на основі розуміння історії та закономірностей розвитку  предметної області, її місця у загальній системі знань про природу і суспільство та у розвитку суспільства, техніки і технологій, використовувати різні види та форми рухової активності для активного відпочинку та ведення здорового способу життя.

• СК 1. Здатність використовувати знання і розуміння наукових фактів, концепцій, теорій, принципів і методів для проектування та застосування приладів, пристроїв та систем електроніки. 

• СК 3. Здатність інтегрувати знання фундаментальних розділів фізики та хімії для розуміння процесів твердотільної, функціональної та енергетичної електроніки, електротехніки.

• СК 4. Здатність враховувати соціальні, екологічні, етичні, економічні та комерційні міркування, що впливають на ефективність та результати інженерної діяльності в галузі електроніки.

• СК 6. Здатність ідентифікувати, класифікувати, оцінювати і описувати процеси у приладах, пристроях та системах електроніки за допомогою аналітичних методів,засобів моделювання,дослідних зразків та результатів експериментальних досліджень.

• СК 7. Здатність застосовувати творчий та інноваційний потенціал в синтезі інженерних рішень і в розробці конструкцій пристроїв та систем електроніки.

• СК 8. Здатність вирішувати інженерні задачі в  галузі електроніки  з  урахуванням  всіх  аспектів  розробки, проектування,  виробництва,  експлуатації  та  модернізації електронних приладів, пристроїв та систем.

• СК 10. Здатність застосовувати на практиці галузеві стандарти та стандарти якості функціонування пристроїв  та  систем електроніки.

Постреквізити: Дисципліна сприяє підсиленню знань і умінь:

• ЗН 5.Знання основ філософії, політології, історії, релігії та культури, що сприяють розвитку загальної культури й соціалізації особистості, дотриманню етичних цінностей, розуміння причинно-наслідкових зв’язків розвитку суспільства й уміння їх використовувати в професійній і соціальній діяльності.

• ЗН 6.Знання методів, способів і технологій дослідження обраної предметної області.

• ЗН 7.Знання фундаментальних розділів математики в обсязі, необхідному для володіння математичним апаратом відповідної галузі знань, здатність використовувати математичні методи в обраній професії.Знання в галузі інформатики й сучасних інформаційних технологій, необхідні для роботи з програмними засобами і комп'ютерними мережами, базами даних та інтернет-ресурсами.

• ЗН 8. Знання про будову матерії,основні фізичні та хімічні процеси і явища, на яких ґрунтується функціонування електронних пристроїв та систем.

• ЗН 9. Знання основних властивостей провідникових, напівпровідникових, діелектричних та інших матеріалів електроніки.

• ЗН 10. Знання про будову, принципи дії,основні характеристики,методи аналізу та синтезу компонентів та пристроїв електронної техніки.

• ЗН 11. Знання про засоби вимірювання характеристик матеріалів та пристроїв електроніки, їх налагодження та діагностики, сучасні технології одержання матеріалів, виробництва компонентів та пристроїв електронної техніки. 

• У3. Застосовувати у професійній діяльності вітчизняні та міжнародні стандарти у галузі електроніки.

• У 4. Аналізувати проблемні ситуації, ставити певні цілі щодо розв’язання професійних задач і свідомо домагатися їх реалізації, обирати шлях для майбутніх дій, визначати засоби для досягнення мети, приймати обґрунтовані рішення.

• У 5. Мати можливість застосовувати сучасні інформаційні та комунікаційні технології при вирішенні інженерних задач в галузі електроніки.

• У 8. Вирішувати задачі оптимізації, модифікації та оновлення технології та виробництва електронних пристроїв та систем; розрахунку, моделювання та проектування структури пристроїв електронної техніки.

• У 9. Аналізувати  науково-технічну  літературу  (в  тому  числі  іноземну)  щодо  стану,  тенденцій та  розвитку  електронної  техніки,  технічної, технологічної та конструкторської документації, використовувати нові технічні рішення.

• У 10. Проводити випробування, експериментальні дослідження властивостей матеріалів, компонентів та пристроїв електронної техніки;проводити вимірювання параметрів матеріалів та компонентів електронної техніки, розроблення програм випробувань електронної техніки.

• У 11. Оцінювати проблемні ситуації та недоліки у виробництві чи експлуатації електронної техніки, формулювати пропозиції щодо вирішення проблем та усунення недоліків.

• У 12. Оцінювати  функціонування  електронних  приладів,  пристроїв  та  систем,  визначати  відхилення  від  норми  параметрів  та  режимів функціонування електронних пристроїв, здійснювати регулювання відповідних електронних приладів та пристроїв для досягнення нормальних режимів функціонування.

• У 13. Здійснювати професійну інженерну діяльність в галузі електроніки з урахуванням соціокультурних, особистісних, економічних та екологічних факторів.

3. Зміст навчальної дисципліни

Вступ

Розділ 1. Апаратна складова комп’ютерних акустичних систем

Розділ 2. Формати даних для збереження акустичної інформації

Розділ 3. Програмні засоб

4. Навчальні матеріали та ресурси

Базова література

[1]    J. Foreman, Sound analysis and noise control. Springer, 1990.
[2]    T. Giannakopoulos and A. Pikrakis, Introduction to Audio Analysis: A MATLAB® Approach. Academic Press, 2014.
[3]    U. Zölzer, DAFX: Digital Audio Effects. John Wiley & Sons, 2011.
[4]    А. М. Продеус and К. Пилипенко, Методичні вказівки до виконання комп’ютерного практикуму «Обробка та синтез акустичних сигналів на персональному комп’ютері» з дисципліни «Комп’ютерні акустичні системи». Київ, України: НТУУ “КПІ,” 2014 [Online]. Available: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/8569
[5]    А. М. Продеус, К. Пилипенко, and І. Котвицький, Методичні вказівки до виконання комп’ютерного практикуму «Обробка акустичних сигналів із застосуванням звукової робочої станції Yamaha AW1600» з дисципліни «Комп’ютерні акустичні системи». Київ, Україна: НТУУ “КПІ,” 2014 [Online]. Available: http://ela.kpi.ua/handle/123456789/8593
 

Додаткова література

[6]    C. Anderton, How to Choose and Use Audio Interfaces. Musician’s Guide to Home Recording, 2018.
[7]    kaedeseto, “Audacity,” SourceForge, Jan. 02, 2023.  [Online]. Available: http://audacity.sourceforge.net/manual-1.2/index.html.
[8]    Contributors to Wikimedia projects, “Dynamic range compression,” Wikipedia, Sep. 06, 2022.  [Online]. Available: http://en.wikipedia.org/wiki/Dynamic_range_compression.
[9]    В. С. Дідковський and С. А. Луньова, Основи архітектурної та фізіологічної акустики. Київ, 2001.
[10]    “KRISTAL Audio Engine.”  [Online]. Available: http://www.kreatives.org/kristal/.
[11]    D. Robotics, “FlowStone Graphical Programming Software.”  [Online]. Available: http://www.dsprobotics.com/.
[12]    “VST Plugins, Audio Units, AAX, Instruments and Effects - KVR Audio Software,” KVR Audio.  [Online]. Available: http://www.kvraudio.com/.
[13]    “PG Music - Band-in-a-Box, RealBand and more.”  [Online]. Available: http://www.pgmusic.com/.
[14]    “Praat: doing Phonetics by Computer.”  [Online]. Available: http://www.fon.hum.uva.nl/praat/.

Навчальний контент

5. Методика опанування навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Лекційний матеріал подається у вигляді очної чи дистанційної консультації з лектором за визначеним календарним планом.  Допоміжний візуальний контент представлено у вигляді Google  Презентації.

№ з/п	Назва теми лекції та перелік основних питань
1	Вступ в дисципліну. Місце комп’ютерних систем в сучасному інженерному світі
2	Інтерфейси перетворення акустичного сигналу в цифрову форму
3	Дискредитація та квантування сигналів
4	Засоби вводу та виводу аудіо інформації в середовищі Windows. Призначення та можливості інтерфейсів MME та MCI. Команді інтерфейсу MCI: системні, обов’язкові, основні. Службові програми Win32. Формат звукових файлів WAV. Робота із мультимедійними файлами в середовищі Windows. Використання буферів. RIFF формат. Код FOURCC й ідентифікатор WaveFormat. Бібліотека ACM та її застосування.
5	Призначення технології DirectX. Необхідність створення технології DirectX. Основні компоненти технології DirectX. Модель багатокомпонентних об’єктів. Програмно-апаратний комплекс DirectSound. Можливості DirectSound. Інтерфейси DirectSound. Первинні та вторинні аудіо буфери. Особливості бібліотеки DirectSound.
6	Сучасні формати аудіоданих
7	Формати з втратою інформації та без втрати інформації
8	Основні питання “художньої” роботи із звуком. Шумо-придушення, ефекти,
9	Програмні засоби для роботи з аудіо-сигналом.
10	Основні питання роботи з акустичною інформацією.
11	Програмні засоби для роботи з акустичною інформацією.

 

Лабораторні роботи (комп’ютерний практикум) проводяться відповідно до наступного плану:

Лабораторна робота 1.     Комп’ютерний акустичний тракт
Мета роботи: освоєння роботи з комп’ютерною апаратною частиною для акустичних сигналів.

Лабораторна робота 2.     Реєстрація та відтворення акустичного сигналу
Мета роботи: робота з програмними засобами для реєстрації та відтворення акустичних сигналів.

Лабораторна робота 3-4. Художня обробка звуку
Мета роботи: оволодіння базовими навичками роботи з ПЗ для художнього опрацювання акустичного сигналу.

Лабораторна робота 5-6. Інженерний аналіз акустичного сигналу
Мета роботи: оволодіння основними інструментами роботи з акустичною інформацією.

Лабораторна робота 7.    Синтез акустичного сигналу
Мета роботи: оволодіння навичками синтезу акустичного сигналу із заданими параметрами.

Лекції

Практичні заняття

Лабораторні роботи

6. Самостійна робота студента

Робота із конспектами, навчально-методичною літературою, навчальними посібниками.

Самостійною роботою студентів стосовно лабораторних робіт є опрацювання отриманих результатів та формування звіту відповідно до вимог ДСТУ 3008-2015

Окремою самостійною роботою студента є виконання РГР. Метою виконання РГР є оволодіння навичками обробки аудіозапису за допомогою програмних засобів Обробка сигналу передбачає як роботу з “художньою” складовою так і з інформаційною. Завдання на РГР окремо узгоджується з кожним студентом та викладачем не пізніше 3го навчального тижня

Політика та контроль

7. Політика навчальної дисципліни (освітнього компонента)

Відвідування лекційних занять не є обов’язковим. Але на початку першого лекційного заняття кожного тижня проводиться експрес контроль, як складова частина МКР. Якщо студент пропускає експрес контроль без поважних причин (хвороба, відрядження, тощо) - право на написання даного контролю окремо не надається.

Під час лекційних занять студенти можуть задавати конкретизуючі питання, ділитись власним досвідом (за наявності такого) за темою лекції. Мобільні телефони мають бути переведені в беззвучний режим. Проведення online пошуку за темою лекції нових цікавих фактів - схвалюється. 

Звіти з лабораторних робіт мають оформлюватися виключно за допомогою сервісу Google Документи у відповідності до вимог ДСТУ 3008-2015. Всі завдання мають бути здані мінімум за тиждень до кінця семестру.

РГР має оформлюватись виключно за допомогою сервісу Google Документи з дотриманням основних вимог ДСТУ 3008-2015. Захист роботи проходить протягом двох останніх занять семестру, шляхом публічного представлення результатів виконання РГР перед академічною групою. Представлення результатів виконується за допомогою сервісу Google Презентації, матеріали презентації мають бути доступні всіх студентам академічної групи не пізніше ніж за 7 днів до “захисту”. Оцінка РГР виставляється як сума середнє арифметичного оцінок від студентів та оцінки від викладачів у пропорції 50%:50% (студенти:викладачі).

Будь яка з робіт (лабораторних, РГР) знімається з розгляду у випадку виявлення випадку академічної недоброчесності

8. Види контролю та рейтингова система оцінювання результатів навчання (РСО)

Рейтинг студента (Rс) з дисципліни складається з балів, що він отримує за:

• модульна контрольна робота - 15 балів;

• розрахунково-графічна робота - 20 балів;

• лабораторні роботи - 15 балів;

• екзамен - 50 балів.

Система рейтингових (вагових) балів та критерії оцінювання:

Модульний контроль     проводиться у вигляді експрес контрольних робіт тривалістю 20 хвилин, на початку лекційних занять раз на два тижні. Кожна експрес контрольна складається з 3х питань, кожне питання оцінюється в 5 балів. Сумарні бали всіх експрес контрольних за семестр нормується до 15 рейтингових балів.

Таблиця 1 Критерії оцінювання МКР

Бали	Умова
5	Відповідь надана в повному обсязі, висвітленні особливості питання. Відповідь не має зайвої інформації
3-4	Відповідь надано в повному обсязі але без висвітлення особливостей питання, або з великою кількістю зайвої інформації. Відповідь містить незначні неточності.
1-2	Відповідь містить суттєві неточності
0	Відповідь не надано або вона не стосується змісту питання.

 

Таблиця 2 Критерії оцінювання РГР

Бали	Етап РГР
2	Узгодження ТЗ на РГР
5	Аналіз сучасних програмних рішень для виконання поставленої мети
8	Проведення обробки аудіофайлу відповідно до завдання
5	Презентація та захист РГР

 

Кожна лабораторна робота оцінюється в 5 балів. Сумарні бали всіх лабораторних робіт за семестр нормується до 15 рейтингових балів.

Таблиця 3 Критерії оцінювання лабораторних робіт (комп’ютерних практикумів)

Бали	Умова
5	Робота опрацьована під час заняття за розкладом, звіт відповідає вимогам ДСТУ 3008-2015
3-4	Робота опрацьована за межами заняття за розкладом та звіт відповідає вимогам ДСТУ 3008-2015. Робота опрацьована під час заняття за розкладом та звіт не відповідає вимогам ДСТУ 3008-2015
1-2	Робота опрацьована за межами заняття за розкладом та звіт не відповідає вимогам ДСТУ 3008-2015.
0	Робота не виконана або звіт не здано

 

Розрахунок шкали (R) рейтингу:

Рейтингова шкала з дисципліни складає R = 100 балів.

Необхідною умовою допуску до екзамену є сумарний рейтинг (R) не менше 25 балів

9. Додаткова інформація з дисципліни (освітнього компонента)

Особливості оволодіння освітнім компонентом та звітування у період воєного стану

В умовах проблем з доступом студентів та викладачів до електроенергії та / або інтернету, лекційний матеріал може представлятися в асинхронному режимі з використанням сервісу YouTube. Лабораторні роботи можуть виконуватися студентом самостійно і віддаленим звітуванням. Написання МКР буде доступним протягом тижня, але з дотриманням часового ліміту, що буде контролюватися програмними засобами.

У випадку проведення екзамену у формі заліку, семестрові рейтингові бали будуть помножені на 2. Допуск до такого заліку буде можливий за умови рейтингу не менше 50 балів. Якщо рейтинг студента буде складати від 50 до 60 балів, то такий студент/ка мають написати залікову контрольну роботу на 15 балів (2 теоретичних питання на 9 балів та практичне завдання на 6 балів), час на виконання - 30 хвилин. Підвищення поточного рейтингу (у випадку семестрового рейтингу більше 60 балів) можливе за умови скасування балів за МКР та лабораторні роботи і написання контрольної роботи на 60 балів (7 теоретичних питань на 35 балів та 3 практичних завдання на 25 балів), час на виконання - 90 хвилин

Робочу програму навчальної дисципліни (силабус):
Складено
Ухвалено кафедрою АМЕС (протокол № 15 від 15.06.2022 )
Погоджено методичною комісією факультету/ННІ (протокол № ______ від ______)