Работа со звуком в JES (Jython Environment for Students)

JES — это упрощённая среда с интерфейсом для обучения программированию на Jython. Она позволяет работать с мультимедиа: изображениями, звуком и видео. JES содержит встроенные функции, окна справки и инструменты отладки, которые помогают быстро начать работу.

С помощью JES можно импортировать звуковые файлы в приложение и открыть их во встроенном просмотрщике, чтобы увидеть форму волны и отдельные сэмплы.

Как воспроизвести звуковой файл в JES

Ниже приведён простой рабочий пример: функция playSound() запрашивает файл у пользователя, проверяет формат и воспроизводит звук.

Код — минимальный и безопасный пример:

def playSound():
    file = pickAFile()

    if file != None and file.endswith(".wav"):
        sound = makeSound(file)
        play(sound)
    else:
        print("Invalid file selected. Please choose a valid WAV file.")

Пошагово:

1. Запустите приложение JES на компьютере.
2. Создайте новую функцию playSound() и внутри используйте pickAFile() для выбора файла: см. код выше.
3. JES поддерживает ограниченный набор аудиоформатов: WAV, AIFF, AU, SND. Рекомендуется проверять расширение файла, как в примере (проверка на “.wav”).
4. Если файл корректен, создайте объект звука через makeSound(file).
5. Воспроизведите звук функцией play(sound).
6. Нажмите кнопку “Load Program” между строкой команд и областью программирования. Если потребуется, сохраните файл.

7. В командной строке запустите playSound(). В окне выбора файла укажите корректный WAV-файл, чтобы прослушать его.

Important: всегда проверяйте путь и расширение файла. pickAFile() возвращает None, если пользователь отменил выбор.

Как исследовать звук с помощью explore()

Функция explore() открывает визуальный редактор формы волны и показывает значения сэмплов. Это удобно для обучения и анализа.

Пример функции:

def exploreSound():
    file = pickAFile()

    if file != None and file.endswith(".wav"):
        sound = makeSound(file)
        explore(sound)
    else:
        print("Invalid file selected. Please choose a valid WAV file.")

Пошагово:

1. Создайте exploreSound(), как в примере.
2. Нажмите “Load Program” и затем выполните exploreSound() из командной строки.
3. Выберите WAV-файл — вместо воспроизведения откроется новое окно с графиком формы волны.

В интерфейсе отображается шкала времени от начала до конца. Каждый звук состоит из множества сэмплов — числовых значений амплитуды в конкретный момент времени. Наведите курсор и кликните по волне, чтобы выбрать сэмпл; выбранный индекс отображается синей вертикальной линией.

В нижней части окна показываются статистические данные:

• Current Index — позиция в отсчётах (первый индекс = 0).
• Sample Value — амплитуда сэмпла. Диапазон значений зависит от формата: в типичных 16‑битных файлах это от -32 768 до 32 767.

Вы также можете выделять несколько сэмплов: выделенная область затемняется белым оверлеем. Управление фрагментами звука находится в верхней части окна.

Кнопки управления в окне Explore:

• Play Entire Sound — воспроизвести весь файл с начала до конца.
• Play Before — воспроизвести до выбранной позиции (синяя линия).
• Play After — воспроизвести от выбранной позиции до конца.
• Play Selection — воспроизвести только выделенный фрагмент.
• Clear Selection — убрать выделение.

Note: подписи кнопок могут отличаться в локализованных сборках JES; ориентируйтесь на расположение и иконки.

Валидация формата и отладка

Когда воспроизведение не работает, проверьте:

• Путь к файлу (файл должен быть доступен и не заблокирован другой программой).
• Правильность расширения (.wav) и кодек — JES поддерживает ограниченное число форматов.
• Что файл не пустой и имеет ненулевую длительность.
• Что вы не запускаете функцию до нажатия “Load Program”.

Типичные ошибки и решения:

• Ошибка: pickAFile() возвратил None. Решение: пользователь нажал «Отмена» — добавьте обработку этого случая.
• Ошибка: файл имеет .wav, но не воспроизводится. Решение: проверьте, не использует ли файл необычный кодек; при необходимости переконвертируйте в PCM 16‑bit WAV.
• Ошибка: громкость слишком низкая или «щелчки». Решение: проверьте целостность файла и используйте небольшие фрагменты в explore() для диагностики.

Совместимость и альтернативы

Совместимые форматы: WAV, AIFF, AU, SND (ограниченно). Для других форматов используйте внешние конвертеры:

• ffmpeg — мощный инструмент для пакетной конвертации в WAV: ffmpeg -i input.mp3 -ar 44100 -ac 2 output.wav
• Audacity — графический редактор для изменения битовой глубины и кодека.

Если вам нужно сложное воспроизведение (стриминг, эффекты), рассмотрите использование внешней библиотеки на Java/Python или специализированных аудиоредакторов.

Быстрая методология (mini-methodology)

1. Выберите файл через pickAFile().
2. Проверяйте на None и расширение (.wav).
3. Создавайте объект через makeSound(file).
4. Для прослушивания используйте play(sound); для анализа — explore(sound).
5. Если что-то не работает, конвертируйте файл в стандартизованный 16‑бит PCM WAV.

Шпаргалка — полезные сниппеты

Короткие фрагменты для часто выполняемых задач:

• Получить длительность (в секундах):

length = getLength(sound)  # длина в отсчётах
frameRate = getSamplingRate(sound)  # частота дискретизации
seconds = float(length) / frameRate
print("Длительность:", seconds, "сек")

• Прочитать значение сэмпла по индексу:

val = getSampleValueAt(sound, index)

• Установить значение сэмпла:

setSampleValueAt(sound, index, newValue)

Чек-листы по ролям

Для преподавателя:

• Убедиться, что на компьютерах установлена одинаковая версия JES.
• Подготовить несколько коротких WAV-файлов для демонстрации.
• Раздать задания: выделить шумовой участок, измерить амплитуду, экспортировать фрагмент.

Для ученика:

• Проверить, работает ли pickAFile() и что файл открывается.
• Использовать explore() для поиска «тихих» и «громких» участков.
• Записать наблюдения: индекс, значение сэмпла, длительность фрагмента.

Факто-бокс — ключевые числа

• Типичный диапазон 16‑битных сэмплов: -32 768 … 32 767.
• Первый индекс сэмпла: 0.
• Частота дискретизации (обычно): 44 100 Гц (встречается и 48 000 Гц).

Короткий глоссарий (1 строка на термин)

• Сэмпл: числовое значение амплитуды звуковой волны в конкретный момент времени.
• Частота дискретизации: число сэмплов в секунду (Hz).
• PCM: способ кодирования аудиоданных без сжатия.

Когда JES не подойдёт (контрпримеры)

• Нужен потоковый аудиовывод для больших файлов — JES не оптимизирован для стриминга.
• Требуются продвинутые аудиоэффекты или плагины VST — используйте DAW (например, Reaper/Audacity) или библиотеки на Java/Python.

Резюме

JES удобно для обучения основам работы со звуком: простые функции makeSound(), play(), explore() и манипуляции с сэмплами делают его хорошим инструментом для учебных задач. Для сложных производственных задач лучше комбинировать JES с внешними инструментами или использовать специализированные аудиобиблиотеки.

Ключевые действия: всегда проверяйте формат файла, нажимайте “Load Program” перед запуском кода и используйте explore() для визуального анализа.

Extras — полезное:

• Короткое задание для урока: загрузите WAV, найдите максимальную абсолютную амплитуду, вырежьте 1‑секундный фрагмент и сохраните его.

Критерии приёмки:

• Функция корректно обрабатывает отмену выбора файла.
• Функция воспроизводит выбранный WAV без ошибок.
• Explore() показывает график и значения сэмплов.