ZVUK
AKUSTIKA Zvuk nás obklopuje cely život, či vo forme hlasného HLUKU, vyjadrovanie myšlienok formou REČI alebo spríjemňovaním života HUDBOU. ZVUK
- vo fyzike a v bežnej reči je zvuk vlnenie hmotného prostredia, pokiaľ sa jeho existencii môžeme presvedčiť sluchom. AKUSTIKA - náuka o mechanickom vlnení, teda časť fyziky zaoberajúca sa zvukom. - odbor zaoberajúci sa fyzikálnymi dejmi, ktoré sú spojené so vznikom zvukového vlnenia, jeho šírením a vnímaním sluchom.
AKUSTIKA Rozdelenie akustiky: • Fyzikálna akustika •
Študuje spôsob vzniku a šírenia zvuku, jeho odrazom a pohlcovaním v rôznych materiáloch a prostrediach
• Fyziologická akustika •
Zaoberá sa vznikom zvuku v hlasovom orgáne človeka a vnímaním v uchu
• Elektroakustika •
Zaoberá sa záznamom, reprodukciou a šírením zvuku s využitím elektrických signálov
• Hudobná akustika •
Skúma zvuky a ich kombinácie so zreteľom na potreby hudby
• Stavebná akustika •
skúma dobré a nerušené podmienky počúvateľnosti hudby a reči v obytných miestnostiach
AKUSTIKA Infrazvuk - Zvuky pod hranicou počutia(0,7 16 Hz; 25Hz), veľmi nízka frekvencia, ľudské telo ho vníma hmatom – sú schopne rozvibrovať celé telo, bránicu Ultrazvuk - nad počuteľnou hranicou (do 50 kHz) Hyperzvuk - 1010 Hz až 1014 Hz
ZVUK Zvuk sa šíri vo vzduchu rýchlosťou 330 m/s. Je to oveľa menej ako rýchlosť svetla, preto počas búrky vidno najskôr blesk a zahrmenie počuť neskôr (3 sec = 1km). Výška tónu závisí od jeho frekvencie. Frekvencia sa meria v hertzoch (Hz); 1 Hz je jeden kmit za sekundu. - Najnižší zvuk, ktorý väčšina ľudí dokáže zachytiť má frekvenciu okolo 40 Hz, najvyšší má frekvenciu okolo 20 000 Hz. Hlasitosť (intenzita) sa meria v decibeloch (dB). Zvuk s intenzitou 130 dB spôsobuje bolesť. Počúvanie Príliš hlasnej hudby cez slúchadlá z prenosných stereofónnych prístrojov môže poškodiť sluch, lebo zvuk sa šíri priamo do uší, kde vytvára sústredený vysoký tlak.
ZVUK Osciloskop Zvukovú vlnu nemožno vidieť, ale dá sa zobraziť pomocou elektrického prístroja, tzv. osciloskopu. Zmeny tlaku zvukových vĺn sa na obrazovke osciloskopu zobrazia ako zvlnené čiary.
Signál
Zvukový signál väčšiny zdrojov je oproti základnej sínusoide viac či menej deformovaný
Rozdelenie zvukov 1. PRIRODZENÝ A SYNTETICKÝ 2. REČ A NEREČOVÝ ZVUK 3. REČ 4. HUDBA 5. ANALÓGOVÝ, DIGITÁLNY A DIGITALIZOVANÝ ZVUK 6. DIGITÁLNY ZVUK, MIDI
1. PRIRODZENÝ A SYNTETICKÝ -Je to rozdelenie z hľadiska vzniku zvuku -PRIRODZENÝ ZVUK/PZ/ chápeme ako zvuk pochádzajúci z prirodzeného, fyzikálneho zdroja (zvuky prírody, ľudskú reč, hluk mesta, hudba produkovaná klasickými hudobnými nástrojmi,...) a vnímame ich ako súčasť reálneho života -Snaha zachovať prirodzené zvuky viedla človeka k vytvoreniu nástrojov na nahrávanie (mikrofón) a prehrávanie (zosilňovače, repráky) nahrávok týchto zvukov. Počítač tu začal zohrávať veľmi dôležitú úlohu, nie len ako prostriedok na digitalizáciu PZ, ale aj ako nástroj na vytváranie syntetických – umelých zvukov prostredníctvom ZVUKOVEJ SYNTÉZY (generovanie zvuku pomocou syntetizátoru). -Výsledkom procesu syntézy je DIGITÁLNY ZVUK.
2. REČ A NEREČOVÝ ZVUK -Je to rozdelenie z hľadiska formy -Na rozdiel od nás, PC nerozozná či ide o šum, reč alebo hudbu a v hudbe aký tón, či nástroj bol použitý.
-REČ je dominantnou formou komunikácie medzi ľuďmi. Ľudský hlas je mnohotvárny, má rôznu intenzitu, zafarbenie, prízvuk, melodiku a rýchlosť. Tieto faktory závisia od fyzického (pohlavie, vek, zdravie, ...), psychického (hnev, pokoj, ...) stavu človeka a schopností hlasového aparátu. -NEREČOVÝ ZVUK (šum, zvukové signály, hudba, ...) nesie v sebe zložitú sémantiku, čím sa od reči značne líši. Najmenej užitočnou formou zvuku je šum (hluk, ruch, buchot, ...), ktorý často sprevádza užitočné signály – hudbu a reč. V takom prípade je vhodné nepotrebný šum odstrániť-odfiltrovať. -Zvukové signály majú pre PC užívaťeľov veľký význam – sú zvyknutý im pridávať jednoduchý sémantický obsah (pípanie, správy systému, FB, ...)
3. REČ - Najčastejším použitím zvuku v MUME (multimédiách) je okrem hudby aj zachytenie ľudskej reči do digitálnej podoby a jej ďalšie spracovanie. -Speech recognition – rozpoznávanie reči je založené na procese overovania a porovnávania s hlasovou vzorkou uloženou v pamäti. -Speech understanding – pochopenie zmyslu hovoreného jazyka. Proces rozpoznávania rečového signálu je zložený z niekoľkých častí, v ktorých sa zabezpečuje parametrizácia kvázistacionárnych úsekov (hľadanie slov), morfologická analýza reči (čas, pád, osoba, ...), syntaktická (podmet, prísudok, ...) a sémantická (obsah reči) analýza. - Speech synthesis – rečová syntéza - hlasový výstup sa používa ako prostriedok pre komunikáciu PC s človekom, alebo ako doplnok pre rôzne identifikačné súbory. Je to preklad kódovanej správy, textu, písma do rečového signálu pomocou PC. Je jednou z oblastí umelej inteligencie.
4. HUDBA -Už staroveké civilizácie pripisovali hudbe zvláštny psychologický a fyzický vplyv a budovali na tomto presvedčení svoje výchovné a liečebné postupy -Hudbou môžeme rozumieť: zvuky prírody, rytmické ruchy v továrni, krátke skladby, celovečerné hudobné dielo, stredovekú pieseň, modernú baladu, muzikoterapeutickú hudbu, improvizáciu či vypočítanú hudbu založenú na vzorci, ... -Čistý (základný) tón j elektronicky vytvorený zvuk jedinej frekvencie. Znie bezvýrazne a umelo. Hudobný tón obsahuje okrem základného tónu aj vyššie harmonické tóny (celočíselné násobky frekvencie základného tónu). Farba tónu je daná veľkosťou harmonických tónov a umožňuje rozoznávať jednotlivé nástroje.
4. HUDBA
-Hudobná notácia – grafická podoba znejúcej hudby, metajazyk, zjednodušený symbolický obraz a opis hudby, hrubá a nepresná pomôcka, ktorú musí hudobník dekódovať.
4. HUDBA
Zvuky v hudbe sa delia do skupín TÓNY
ŠUMY
- zvláštne zvuky, ktoré vznikajú pravidelným chvením zdroja zvuku
- zvuk, ktorý vznikne zložitým nepravidelným chvením, alebo nakopením blízkych pravidelných chvení, pričom sa jednotlivé tóny navzájom rušia
4. HUDBA TÓN – je to zvuk určitej frekvencie. Ostatné zvuky sú zhlukom frekvencií. Tón je čistý zvuk, jeho frekvencia nie je zmiešaná s inými. Z akustického hľadiska je to akustické vlnenie určitej výšky, hlasitosti, farby a dĺžky.
Výška – počet kmitov za sekundu (frekvencia). čím vyššia frekvencia, tým vyšší tón. Sila – veľkosť výchylky krivky – amplitúdy. Výška tóny nezávisí od jeho sily. Farba – spôsob chvenia, tvar vlnenia, závisí od materiálu a spracovania nástroja. Dĺžka – čas ako dlho tón znie.
5. ANALÓGOVÝ, DIGITÁLNY A DIGITALIZOVANÝ ZVUK -Rozdelenie podľa metódy ako je zvuk vytváraný, zaznamenávaný a prehrávaný. -ANALÓGOVÝ zvuk - akýkoľvek zvuk, ktorý vzniká pomocou nedigitálnych a nePC zariadení, alebo pochádza z iného prirodzeného zdroja. -DIGITÁLNY zvuk – zvuk vytváraný použitím PC a zodpovedajúceho softvéru. Tento zvuk nemá analógový pôvod. -DIGITALIZOVANÝ zvuk– prevedenie analógového zvuku do digitálnej podoby.
6. DIGITÁLNY ZVUK, MIDI MIDI (Musical Instrument Digital Interface) – digitálne rozhranie digitálnej elektroniky) je jednou s najvýkonnejších hudobných pomôcok, podporujúcich kreativitu, akú technický a umelecký svet pozná. - Je to medzinárodný štandard na prepojovanie elektronických hudobných nástrojov, PC a iných nástrojov.
- Zrod MIDI – prvý krát na medzinárodnom hudobnom veľtrhu vo Frankfurte boli reprezentované syntetizátory používajúce MIDI v roku 1983. - Prenáša len informáciu, ako reprodukovať istú časť skladby.
6. DIGITÁLNY ZVUK, MIDI -Základné MIDI systémy dovoľujú zaznamenať hudobné sekvencie a reprodukovať ich na syntetizátoroch. Na to potrebujeme počítač s programom, ktorý má úlohu sekvencera, kde možno zaznamenať sekvencie (MIDI dáta) a poslať ich na syntetizátor (zvukový generátor) pripojený k zosilňovaču. - Jadrom každého MIDI systému je syntetizátor (často je ním počítač), ktorý prijíma správy (MIDI inštrukcie) a generuje na ich základe hudbu. Výhodou súborov s MIDI inštrukciami je veľká úspora miesta, pričom kvalita výsledného zvuku nezávisí od inštrukcií, ale len od kvality koncového MIDI syntetizátora.
6. DIGITÁLNY ZVUK, MIDI Základné komponenty MIDI systému sú:
• MIDI Interface - zariadenie na vysielanie a prijímanie MIDI dát z a do počítača. • Káble a porty - porty, ktorými prechádzajú MIDI dáta, všetky vyzerajú rovnako: sú to 5-pinové DINy • MIDI zariadenia - Sú tri typy: 1. 2.
3.
Zvukové generátory dostávajú informácie cez kanál MIDI In a premieňajú ich na zvuk. Kontroléry sú mechanické zariadenia, ktoré imitujú tradičné hudobné nástroje: klávesnica, gitara,... Ich úlohou je premieňať hudbu, ktorú na nich hráme, na MIDI informáciu. Sekvencery sú počítačové zariadenia, schopné pracovať s MIDI informáciou: môžu meniť tempo a tóny, pridávať hlasy, tlačiť notové záznamy atď. Sú to obyčajne programy, ktoré bežia na počítači, dovoľujú nahrávanie, mixovanie a aranžovanie digitálnej hudby založenej na MIDI.
Digitalizácia zvuku -
Pre používateľa je digitalizácia jednoduchý proces.
-
Stačí pripojiť MIKROFÓN ku ZVUKOVEJ KARTE, spustiť ZÁZNAMNÍK ZVUKU vo WIN a hovoriť do mikrofónu alebo nahrať zvuk, pochádzajúci z prirodzeného zdroja – vznikne VZORKA. Súbor býva uložený zvyčajne vo formáte *.wav.
-
Digitalizácia je prvou nevyhnutnou činnosťou, ktorú musíme vykonať ako budeme analógový zvuk spracovávať digitálne.
Digitalizácia zvuku - Digitalizácia je proces zmeny zvuku z analógového na digitálny. - Najdôležitejším prvkom v procese je: - Analógovo-digitálny prevodník (A/D Prevodník) - Digitálno-analógový prevodník (D/A Prevodník) - tieto bývajú zväčša v jednom čipe, ktorý nazývame kodek. - Digitálny zvuk sa teda skladá z obmedzeného množstva hodnôt, ktorých počet vopred určíme. Prechod od jedného číslicového znaku k druhému sa uskutočňuje skokovite. Na rozdiel od tohto, analógové signály prechádzajú jeden do druhého plynule (spojite). Preto má aj šum väčší rušivý vplyv na analógový signál ako na digitálny.
vzorkovanie
kvantovanie
Digitalizácia zvuku Transformáciu zvuku zabezpečuje zvuková karta v 3 krokoch: 1. Príprava analógového signálu 2. Vzorkovanie (sampling) 3. Kvantifikácia a binárne kódovanie/kvantovanie
Digitalizácia zvuku 1. Príprava analógového signálu 1.krok - upravenie amplitúdy vstupného signálu do vymedzených hodnôt 2. krok - odfiltrovanie vyšších frekvencií vstupného signálu
2. Vzorkovanie (sampling) - Prevod spojitého analógového signálu na nespojitý signál vzoriek. Každá vzorka reprezentuje úroveň signálu v určitom okamihu. Tieto vzorky tvoria určité hodnoty, čísla, ktoré možno uchovávať a ďalej spracovať na PC. - Čím je vyššia vzorkovacia frekvencia, tým kvalitnejší zvuk získame. Doteraz najkvalitnejší zvuk v CD kvalite so vzorkovacou frekvenciou 44,1kHz, 16bit stereo je prekonaný formátom DVD-Audio, kde vzorkovaia frekvencia je až 192kHz s 24 bitovým rozlíšením.
Digitalizácia zvuku
Čím je vyššia vzorkovacia frekvencia, tým kvalitnejší zvuk získame...
3. Kvantifikácia a binárne kódovanie/ kvantovanie - Každej vzorke z nespojitého radu je priradená hodnota zodpovedajúca kvantizačnej úrovni signálu. - Prvotné zvukové systémy mali rozlíšenie 8 bitov (teda zaznamenaná úroveň bola vyjadrená celými číslami v rozsahu -128 a 127, spolu 256 = 28 úrovní). Súčasné systémy používajú skôr 16 bitov (65 536 úrovní), lepšie 20 bitov (vyše milióna úrovní) a 24bitov (vyše 16 miliónov úrovní), profesionálne dokonca 32 bitov (vyše 4 miliardy úrovní
Mechanické vlnenie „Zvukom je každé mechanické vlnenie v látkovom prostredí, ktoré je schopné vyvolať v ľudskom uchu sluchový vnem.“
Sínusoida Amplitúda Frekvencia Vlnová dĺžka Hz
http://homen.vsb.cz/~ber30/texty/varhany/anatomie/pistaly_akustika.htm
Signál Základné parametre digitálneho
u:
- Bitová hĺbka / počet bitov na vzorku – číslo bohatosti zvuku - 8 bit, 16 bit, 24 bit - Vzorkovacia frekvencia – koľko krát za sek. sa zosníma výška analógovej vlny - od 8 000 Hz, 44 100 Hz, 48 000 Hz, 88 200 Hz, 96 000 Hz - kvalita – počet kanálov - 1(mono), 2(stereo), multikanálové nahrávanie - Dĺžka – čas trvania zvuku alebo skladby
Signál - Definujeme ako závislosť veličiny s na čase t. - Je fyzikálna veličina závislá na čase. - Môžu byť: optické, elektrické, elektromagnetické, akustické, mechanické, pneumatické, alebo hydraulické. Z hľadiska trvania: - Finitný - Infinitný – periodický Podľa charakteru môže byť signál/Podľa toho sa da rozdeliť dynamika: - Spojitý - Diskrétny -
Determinovaný - poznám časový priebeh Náhodný – poznám len pravdepodobnosť
Formáty 1. formáty, ktoré zabezpečujú umelé vytvorenie zvuku 2. formáty, v ktorých je uložený digitalizovaný zvuk .mid, .midi – všeobecne General Midi Nezaznamenáva hudbu priamo, uchováva iba poznámky, aký hudebný nástroj akým spôsobom hral, podľa nich potom nahrávku spätne syntetizuje.
.wav – The Waveform Audio File Vyvinutý IMB a Microsoft. Dnes – ako univerzálny formát. Dáta sú nezkomprimované navzorkované zvuky podobne ako na Audio CD. Zvuk môže byť mono či stereo, s rôznou frekvenciou vzorkovania a bitovou hĺbkou 8 alebo 16 bitov. Formát sa nehodí pre prenos cez Internet, protože v pôvodnej verzii je príliš velký. (bez kompresie)
.mp3 – princípom je kompresia Mpeg Audio Layer 3 Pôvodne bol formát MPEG používaný pre vysokú kompresiu videa a už málo kto nevie, že bol a je používaný taktiež k vysokej a veľmi kvalitnej kompresii zvuku. Medzi hlavnú črtu MP3 súboru je štandard : kompresia stereo WAV súboru do MP3 súboru - 44 kHz ,stereo, 16 bit. Tento súbor MP3 má kvalitu blížiacu sa k AUDIO CD. Výhodou je veľkosť. (stratová kompresia)
Formáty .aif, .aiff – Audio Interchange File Format Formát vyvinutý firmou Apple pre záznam profesionálneho zvuku. Slušná kvalita, neslušná velikosť. (bez kompresie)
.wma – Windows Media Audi Stratový zvukový formát od Microsoftu. Je to priama konkurencia formátu mp3.Formát umožňuje vložiť do záznamu aj digitálne riadenie autorských práv, preto ho na publikovanie referujú hlavne vydavateľstvá. Má o 20% lepšiu kompresiu ako mp3, priestorový zvuk. Pri nižších frekvenciách má lepší zvuk, ako mp3, pri vyšších horšiu.
.ra – Real Audio Vyvinul Real Networks. Formát pre priame prehrávanie hudby cez internet. Dá sa prehrávať iba pomocou Real Playeru, ktorý je zadarmo. Súbor RA je metasúborom, obsahuje iba adresu samotnej hudby, internetový odkaz ukazuje na metasúbor. (stratová kommpresia) .voc – Creative Voice - formát, používaný SoundBlasterom. .snd – SouND - zvukový formát pre Macintosh.
Formáty .cda – CD audio Stereo, nekomprimovaný. Môže sa vyskytovať aj formát s polovičnou vzorkovacoufrekvenciou, samozrejme vždy je bez kompresie, čo je jeho hlavný nedostatok. .flac – Free Lossless Audio Codec S bezstratovou kompresiou. Najbežnejší formát, malý kompresný pomer, veľmi nenáročný na dekódovanie.
.ogg – vorbis Veľmi kvalitný stratový formát. Favorit medzi stratovými kompresiami hudby, je zadarmo. Široká podpora v prehrávačoch, kvalitné prenosné prehrávače tento formát podporujú. Podobný kvalitou na WMA .aac – MPEG-4 Advanced Audio Coding Veľmi kvalitná kompresia zvuku, ktorá umožňuje použiť takmer neobmedzený počet kanálov. Nevýhodou je, že nie je zadarmo. .ac3 – Dolby Digital Používanie výhradne na DVD
Programy Programy pre editáciu, strihanie i mixovanie audia, tvorba hudby: eJay (Dance eJay, Hip hop eJay, eJay Music Director) Fruityloops (FL Studio) Cubase Reason Power Sound Editor Free Sound Forge Pro REAPER
Programy pre strih a základné úpravy zvuku Audacity mp3DirectCut Wave Editor Nero WaveEditor Adobe Audition CC Goldwave
Digitalizácia zvuku Kvalita digitálneho záznamu
vzorkovacia frekvencia
rozlišenie, kanály
Telefóna kvalita
11 025Hz
8 bit – mono
Rozhlasová kvalita
22 050Hz
8 bit - mono
CD kvalita
44 100Hz
16 bit - stereo
DVD kvalita
192 000Hz
24 bit - 5.1 surround sound
Zdroj zvuku
Vzdialenosť v m
intenzita v dB
tikot hodiniek
0,1
20
tichý rozhovor
1
40
normálny rozhovor
1
65
krik
1
80
symfonický orchester
3 až 5
80
motorové vozidlá
10
90
štartujúce lietadlo
10
110
Alexander Graham Bell (1847 -1922) - Preslávil sa ako vynálezca telefónu - Venoval sa pokusom v akustike (možno preto lebo jeho otec bol učiteľ detí s poruchou sluchu a jeho mama bola skoro hluchá). - 1874 - ušný fonoautograf - začal uvažovať o prenose zvukových vĺn elektrikou. - 1875 - princíp telefónu - vypozoroval, že sa zvuk podobný hlasu prenáša aj po prerušení prúdu, ktorý bol následne generovaný slabým magnetickým poľom. - 18766 - patent telefónu. - Prišiel s koncepciou prenosu zvuku pomocou optických vĺn. - Významne pomáhal a tiež založil mnoho organizácií pre pomoc sluchovo postihnutým ľuďom.
http://www.sonicart.sk/archives/635 http://www.gymzv.sk/~vyuka/informatika/windows/referaty/kuzma_zvuk.pdf
http://gkmke.sk/informatika/4.rocnik/DigitalizaciaZvuku.pdf http://www.ssgke.sk/dokumenty/informatika/5_ Digitalizácia zvuku, formáty zvukových súborov, prehratie a záznam zvuku, výpočty.pdf http://www.bakal06.chytrak.cz/40---Signaly-%28SK%29.pdf http://server.gphmi.sk/machova/zvuk/digitalizacia.html http://www.converter.cz/fyzici/bell.htm Kurka L., Černý M.: Jak se vyznat v audiu a videu na PC
+ 2 knihy – digitálne médiá, multimédiá