AUDIO. Nieco informacji na temat AKUSTYKI

Transkrypt

1 WSFiZ Ełk MULTIMEDIA 1 AUDIO Nieco informacji na temat AKUSTYKI Dźwięki mechaniczna (falowa) natura rozchodzenia się dźwięków w ośrodku sprężystym częstotliwość Hz, zakres ok. 10 oktaw Natężenie dźwięku odwrotnie proporcjonalne do kwadratu odległości Ton dźwięku harmoniczne (podstawowy i kilka wielokrotnych) Odtwarzanie dźwięków poprzez głośniki elektrodynamiczne rola obudowy i przegrody w zestawie głośnikowym, subwoofer gośnik (obudowa) dla najniższych częstotliwości Rola usytuowania zestawów głośnikowych w pomieszczeniu tłumienie lub wzmacnianie niskich częstotliwości zobrazowanie stereofoniczne dźwięku Systemy pasywne i aktywne (z wbudowanym wzmacniaczem) Słuchawki izolacja od otoczenia (system aktywny redukcji hałasu), pasmo, impedancja, system mocowania na głowie, na (w) uchu, bezprzewodowe; Minimalizacja wpływu pomieszczenia na jakość dźwięku Koss ESP ,- PLN Mikrofony pogaduchy internetowe, nauka języków magnetoelektryczne, pojemnościowe, wymagają zasilania, piezoelektryczne Mikrofony wstęgowe (ribbon microphones) Mikrofon wielo- i jednokierunkowy, efekt bliskości wzmocnienie niskich tonów (pykanie) Charakterystyki mikrofonów 1. fizyczne lavaliere shotgun paraboliczne 2. elektryczne impedancja (niska Ω, wysoka 50 kω) poziom sygnału (mv, db) sygnał zrównoważony (dwa przewody + ekran), niezrównoważony (jeden przewód + ekran) Jakość dźwięku zakres częstotliwości ( Hz), kolor dźwięku

2 WSFiZ Ełk MULTIMEDIA 2 Pojęcie: AUDIO elektryczny równoważnik dźwięku bez względu na system kodowania analogowy (analog audio) zazw. napięcie proporcjonalne do natężenia dźwięku cyfrowy (digital audio) modulacja impulsowo-kodowa PCM (pulse code modulation) - wartość liczbowa reprezentuje poziom dźwięku w danym momencie kodowanie analogowo-cyfrowe i cyfrowo-analogowe częstotliwość próbkowania (sampling rate) i rozdzielczość (resolution) jakość dźwięku częstotliwość próbkowania 8 khz (telefon), 16 (komunikacja multimedialna), 22 i 32 (RTV cyfrowe), 44,1 (CD), 48 (magnetofony DAT), 96 (DVD), 192 HDTV i HD-DVD rozdzielczość 8, 16, 24 lub 32-bitowa przepływowość Bit Rate liczba bitów opisująca 1 sekundę danych (dla MP3 standardowo kbit/s) w odniesieniu do ich odtwarzania (zapisu) w czasie rzeczywistym!

3 WSFiZ Ełk MULTIMEDIA 3 Możliwości PC w zakresie audio 1. wytwarzanie, synteza dźwięków 2. przechwytywanie dźwięków ze świata zewnętrznego 3. miksowanie i edycja generowanych lub przechwyconych dźwięków 4. poprzez MIDI (Musical Instrument Digital Interface) sterowanie procesem wytwarzania dźwięków w innych urządzeniach 5. odtwarzanie całej zarejestrowanej kakofonii poprzez głośniki dowolnego rodzaju pierwsze PC-ty generator tonów 1,19 MHz dzielnik 16-bitowy najniższy dźwięk 18 Hz modulacja szerokościowo-impulsowa zegar płyty głównej synteza dżwięków substraktywna różnokształtne generatory miksowanie filtracja addytywna liczne generatory sinusoidalne miksowanie FM dwa sygnały sinusoidalne nośnik i modulator Wave Table (sampling) charakterystyczne przebiegi falowe przechowywane w tablicy elektronicznej modyfikacja częstotliwości, filtracja harmonicznych, zmiana czasów narastania, podtrzymywania i wygasania technologie zaawansowane

4 WSFiZ Ełk MULTIMEDIA 4 karta dźwiękowa - zadania konwersja analogowo-cyfrowa i cyfrowo-analogowa synteza własnych dźwięków (niektóre) miksowanie dźwięków wzmacnianie obsługa CD-ROM obsługa portu MIDI (Musical Instrument Device Interface) STANDARDY I ZGODNOŚĆ KARTY Ad Lib pierwszy standard Sound Blaster Live Creative Labs 16-bitowy dźwięk cyfrowy, synteza WT (WaveTable), oparta na naturalnych próbkach dźwięku; doskonałe MIDI Sound Blaster Platinium - rozszerzona, Dolby AC 5.1 AC 97 Audio Codec 97 standard (Intel) łączący część cyfrową i analogową urządzeń audio (karta dźwiękowa, modem...) w oddzielnym układzie Audio Digital Controller, bądź zintegrowanie go z chipsetem płyty eliminuje to dublowanie przez urządzenia obróbki tych samych sygnałów, współpraca z urządzeniami standardu AMR Audio/Modem Riser (46 stykowe złącze na płycie) DSP (Digital Signal Procesor) cyfrowy procesor sygnału audio - MWave Texas Instr. I IBM - VCOS AT&T - Windows DSP Windows Sound System Dolby Digital, DTS Digital Theater 5.1 ma 5 kanałów, potrzebne są 4 głośniki i jedna kolumna niskotonowa. THX THXver5.1 standard dźwięku lepszy niż DD, ale mniej rozpowszechniony. Dolby Surround EX używa kino, 7 kanałów. Inne standardy: Dolby Digital EX 6.1, DTS (Dolby Theatre System) -ES 6.1 Oznaczenie: cyfra po kropce oznacza sobwoofer, cyfra przed liczbę głośników satelitarnych otaczających słuchacza

5 WSFiZ Ełk MULTIMEDIA 5 SYSTEMY KODOWANIA AUDIO Kompresja audio bardzo uciążliwa programowo przy jakości CD stereo (dla próbkowania 44,1 khz i 16-bitowej rozdzielczości) 1 sekunda dźwięku wymaga ok bajtów (1 minuta 10,5 MB) 1. GCIT G.711 A.Law (µ-law) metoda kompresji dynamiki amplitudy telefonia, 2:1, kod 8-b zastępuje 16-bitowy 2. LPC Linear Predictive Coding - metoda predykcji liniowej w oparciu o model kanału głosowego (krtaniowy), nienaturalny dźwięk po dekompresji, gadające maszyny militaria, (st.komp. 40) 3. Code Excited Linear Predictor jw. oraz porównanie wejścia i wyjścia z korekcją błędów 4. GSM 6.10 Audio metoda pobudzania równomiernego - telekomunikacja, kompresja w czasie rzeczywistym, jakość mowy ludzkiej 5. Microsoft ADPCM (Adaptative Delta Pulse Code Modulation) metoda przyrostowa, zapamiętywane są tylko różnice między kolejnymi próbkami, kompresja w czasie rzeczywistym, encyklopedia Encarta (st.komp. 4) 6. AC-3 (Dolby Digital) metoda wierności percepcyjnej usunięcie informacji percepcyjnie nieistotnej MPEG-1 cz.3-audio, dyski DVD, HDTV w USA kanały AAC (Advanced Audio Coding) 6 kanałowy system prezentacji dźwięku, 8 kanałów komentatorskich MPEG-2 cz.7 audio (st.komp. 10) 8. CELP Code Excited Linear Prediction metoda pobudzania kodowego (w oparciu o tablice różnicowe dźwięków) G.728 True Speech lepsza jakość niż GSM

6 WSFiZ Ełk MULTIMEDIA 6 TECHNOLOGIE AUDIO pliki deskryptorowe opis sposobu wytwarzania dźwięku, definicje instrumentów (SBI pojedyncze instrumenty Creative Labs, IBK deskryptory wielu 128 instrumentów MIDI) pliki sterujące sterują pracą instrumentów, nuty dla syntezatorów (MID dla MIDI, RMI dla Resourche Interchange Format) pliki kształtu fali bitowy obraz dźwięku oddaje jego wszystkie niuanse (WAV dla Windows) FORMATY PLIKÓW AUDIO AIFF Audio Interchange File Format Macintosh i Silicon Graphics Samoopisujące się, spakowane Bezpośrednio nie są zgodne z PC IBK Sound Blaster Instrument Bank Definicja 128 instrumentów, każdy instrument ma 9-bajtową nazwę i 16-bajtowy deskryptor, plik 3024 bajtów MOD pliki sterujące dla Commodore i Amigi, zaadaptowany dla PC Komputerowe przeboje combos Próbki dźwięków, głosów lub taktów w plikach.sam

7 WSFiZ Ełk MULTIMEDIA 7 MID Musical Instrument Digital Imterface Pliki sterujące w multimediach, polecenia dla syntezatorów MIDI *.MID,.MIDI,.RMI - syntezowane lub próbkowane, bez możliwości zapisu śpiewu, niewielkie pliki, mogą automatycznie wyświetlać partytury i łatwo je programować Struktura 1. wspólny nagłówek 2. porcja ścieżek (truck chunks) identyfikator i zdarzenia MIDI czas zdarzenia i rodzaj zdarzenia RMI standard IBM i Microsoft MIDI, spełnia normy RIFF SBI pliki instrumentów dla Sound Blaster Instrument Definiują pojedyncze instrumenty, synteza FM dla SB, pliki 51-bajtów SND - platformy Amiga, Apple, NeXT, SUN różne! VOC Sound Blaster Przechowują zdigitalizowane dane głosowe (i nie tylko) Struktura 1. blok nagłówkowy identyfikatory 2. blok danych podbloki 9 typów (1-mono 8-bit, 8-stereo 8-bit, 9-zastępuje 1 i 8, 2-kontynuacja bloku, 6 i 7-pętle, 3-wyciszenie, 4-synchronizacja z tekstem, 5-dodają tekst)

8 WSFiZ Ełk MULTIMEDIA 8 WAV, WAVE bez kompresji, bardzo dobra jakość i wierność dźwięku Przechowują próbkowane cyfrowo wartości kształtu fali Struktura 1. nagłówek identyfikacyjny identyfikator, rodzaj kodowania, liczba kanałów, częstotliwość próbkowania, głębia bitowa sygnału 2. porcje składowe danych długość danych, dane MP3 - część standardu MPEG-1 warstwy 3, niezwykle rozpowszechniony, kompresja (stratna) rzędu kilkunastu, oparta o model psychoakustyczny. Jakość bliska CD wymaga strumienia 128 kbitów/sek, spotykane zakresy od kilkunastu kb/s (mowa, wiadomości strumieniowo, monofonicznie) do 256 kb/s (HI-FI stereo). Kodowanie VBR (Variable Bit Rate) ze zmienną przepływowością daje nieco lepszą jakość przy tej samej wielkości plików. Bitrate jakość dźwięku gatunek muzyki poniżej 128 bardzo mocno zniekształcona, metaliczny przydźwięk 128 mocno zniekształcona dance, techno 160 dobra rock, elektroniczna 192 bardzo dobra, zbliżona do CD instrumentalna, poważna jazz 256 i więcej jakość CD muzyka poważna MP3Pro - nieco mniejsze pliki, lepsza jakość, ale mało rozpowszechniony. VFQ - podobny do MP3, nieco lepsza kompresja ale mało rozpowszechniony. OGG - używa zmiennego kodowania (VBR), nieopatentowany, wielokanałowy dźwięk przestrzenny. WMA mają 1/3 objętości MP3! Przy 48 Kb/s jakość WMA nie ustępuje MP3 przy 128 Kb/s (dźwięki są nieco rozmyte)

9 WSFiZ Ełk MULTIMEDIA 9 MIDI Musical Instrument Digital Interface System sterowania do łączenia instrumentów elektronicznych MIDI sterowanie zewnętrznymi instrumentami muzycznymi PC pełni rolę sekwensera dyrygenta orkiestry Analogia do zapisu nutowego MIDI jest zapisem dla całej orkiestry, każdego instrumentu, głosu i dźwięku generowanego przez syntezator MIDI to jeszcze jeden port szeregowy w systemie PC złączki typu DIN jack (5-pinowe) Zazwyczaj MIDI sprzętowo zgodny jest ze standardem Roland MPU-401 General MIDI 16 przypisań instrumentów każdy dla grupy 8 instrumentów razem 128 instrumentów 47 dźwięków bębnów (mapa perkusji) sterowane głosy kierowane są do kanałów każdy oddzielnie lub razem kanały 1-9 dla instrumentów, 10 dla perkusji, do dyspozycji muzyka Basic MIDI 4 kanały (13-16) Extended MIDI 10 kanałów (1-10) Komunikaty MIDI 1. status kanału kanał podstawowy (basic), steruje urządzeniem podłączonym do MIDI kanały głosowe (voice), steruje indywidualnym głosem 2. tryb przekazywania komunikatów przez odbiornik poszczególnym głosom instrumentu - OMNI grupuje kanały (on) lub odseparowuje od siebie (off) - MONO scala wszystkie komunikaty kanałów i przesyła je do jednego głosu - POLY kieruje komunikaty z jednego kanału do wszystkich głosów odbiornika 3. informacja systemowa - Ogólne dla wszystkich odbiorników - Wyłączne dla konkretnego odbiornika - Czasu rzeczywistego do synchronizacji zdarzeń 4. aftertouch 122 specyficznych wartości siła uderzenia, stan przełączników... Zakres nut 128 (fortepian: 88, -21, +19), dźwięk middle C pozycja 60 Możliwość synchronizacji z czasem zewnętrznym