مفاهیم صدای آنالوگ ودیجیتال

1. The basis of analog & digital audio محمد مهدی فرانی مفاهیم صدای آنالوگ ودیجیتال Mohammad Mahdi Farani اداره کل فنی پخش پاییز 90

2. آنچه با هم مرور می کنیم: • گوش انسان و شنوایی • مفاهیم سیگنال صوتی • نویز • واخنش • انعکاسات صوتی • متریال آکوستیکی • مبانی آکوستیک • انواع میکرفونها • انواع بلندگوها • انواع میترها • ارتباطات سیگنال صوتی • اصطلاحات رایج در سیستمهای صوتی • مبانی صدای آنالوگ • اصول تبدیل صدای آنالوگ به دیجیتال و بالعکس • استانداردهای صدای دیجیتال • ارتباطات صدای دیجیتال • صدای جایگذاری شده • مبانی صدای دیجیتال

3. فصل اول مبانی علم آکوستیک The Basis of Acoustic Science

4. فصل اول گوش انسان و شنوایی ساختار گوش انسان: • گوش خارجی • گوش میانی • گوش داخلی گوش خارجی صداها را جمع آوری و تقویت نموده، به جهت یابی اصوات کمک کرده و از قسمت های داخلی گوش یعنی گوش میانی محافظت می کند. فضایی پر از هواست که پشت پرده گوش قرار گرفته است . در این فضا سه استخوانچه به نامهای استخوانچه چکشی، سندانی و رکابی قرار دارند. وقتی صدا پرده گوش را به ارتعاش درآورد، این زنجیره استخوانی نیز نوسان یافته و این حرکات از طریق استخوانچه رکابی به مایعات گوش داخلی منتقل می شود. وقتی این مایع به حرکت یا جنبش درآید، اجزاء گوش داخلی مثل غشاء قاعده ای و سلولهای مژکی به نوسان در می آیند. در اینجا سلول های مژکی مختلفی وجود دارند که هریک به صدای مخصوصی تعلق دارند. به گونه ای که گیرنده صداهای بم در راس یا نوک حلزون و صداهای زیر در قاعده آن جای می گیرند. نهایتاً نوسانهای این قسمت به پیام هایی تبدیل می شوند که از طریق عصب شنوایی به مغز انتقال می یابندو در مغز تفسیر و به صورت صدا درک می شود.

5. گوش انسان و شنوایی فصل اول چرا خداوند گوش رابرای انسان آفرید؟ • در یافت صوت و نشانه های صوتی و انتقال آن به مغز برای برقراری ارتباط • در یافت اصوات و پردازش آن به منظور تشخیص جهت منبع صدا • حفظ تعادل بدن و اعضای موجود در سر در هنگام حرکت سر • وهزاران دلیل دیگر که بشر از آن بی اطلاع است • اختلاف سطح صدای رسیده به دو گوش • اختلاف زمانی صدای رسیده به دو گوش • استفاده از کاسه سر و ایجاد سایه آن بر روی گوش تشخیص جهت منبع صدا:

6. گوش انسان و شنوایی فصل اول • محدوده فرکانسی گوش انسان محدوده ی فرکانسی گوش انسان را تقریبا از 20Hz تا 20KHz در نظر میگیرند • گستره ی پویایی گوش انسان این محدوده تقریبا 120dBSPL میباشد.

7. مفاهیم سیگنال صوتی فصل اول • سطح صدا • فرکانس • بلندی صدا در واقع همان مقدار ولتاژسیگنال صداست که بر اساس معیارهایی چون dB بیان میشود. به تعداد تکرارشدن یک دوره ی زمانی از سیگنال در یک ثانیه فرکانس گویند. 200hz 1khz 3khz 10khz 15khz 500hz 2khz 5khz 12khz مشخصه ای ازاحساس شنوایی است که به کمک آن میتوان صداهای آرام را از بلند تشخیص داد. 500hz 3khz

8. فصل اول نویز(noise) white pink طیفی صاف و یکدست • نویز سفید • نویزصورتی • نویزقهوه ای • نویزآبی • نویزبنفش • هام • هیس شیب کاهشی 3dB/octave brown blue شیب کاهشی 6dB/octave شیب افزایشی 3dB/octave purple Gray شیب افزایشی 6dB/octave تک فرکانس بم همراه با هارمونیکها Hum تک فرکانس زیر همرا با هارمونیکها

9. فصل اول واخنش(Reverberation) هنگامی که منبع صدا در یک محیط بسته قطع میشود، قبل ازحدود 1/10 ثانیه پسماند صدای حاصل از انعکاسات اولیه در محیط وجود دارد که رو به زوال میرود .به این صدای پسماند گونه که تکرار کلام در آن مشاهده نمیشود، واخنش گویند. زمان واخنش: به مدت زمانی که طول می کشد تا پس از قطع منبع صدا، سطح صدا به میزان 60 dB کاهش یابد زمان واخنش گویند.

10. فصل اول انعکاسات صوتی(Echo) هرگاه مدت زمان انعکاسات ازحدود 1/10 ثانیه بیشتر طول بکشد ، گوش انسان قادر به تشخیص تکرارهای صدامیشود وپسماندهای موجود را به صورت تکرار صدا میشنود که به آن echo گویند.

11. فصل اول ساختار استودیو Wall موج صدای تابشی موج صدای عبوری موج صدای جذب شده موج صدای بازتابی موج صدای تابشی = موج صدای بازتابی+ موج صدای جذب شده+موج صدای عبوری

12. فصل اول جذب و مواد جاذب(Absorption) برای جلوگیری از انعکاسات ناخواسته در یک محیط بسته همانند استودیوها، دیواره ها رامعمولا با موادی می پوشانند که صدا را جذب نمایند که به این مواد،مواد جاذب گویند. • جاذب فرکانسهای بالاو میانی • جاذب فرکانسهای پایین نباید سطح صاف و صیقلی داشته باشند. نباید پشت این مواد را با مواد سخت و محکم پوشاند. این مواد معمولا خلل وفرج دار میباشند تا بتوانند صدا را در خود محو نمایند. از اصول رزوناتورهای هلمهولتز استفاده می کنند. دارای یک فضای بطری گون با دهانه کوچک هستند . درون این فضا ها را با مواد خلل وفرج دار می پوشانند.

13. توزیع کننده های یکسان صدا(Diffuser) فصل اول این گونه احجام که اغلب آنها منعکس کننده هستند را به گونه ای درمکانهای مختلف استودیویا سالن قرار میدهند تا سطح صدا به صورت یکسان در کل حجم استودیو پخش شود.

14. فصل اول مواد ایزولاتور(Isolator) یکی از مشکلات عمده در طراحی استودیوها ایزولاسیون از محیط بیرون میباشد تا از ورود هر گونه سروصدای اضافی به داخل خوداری شود. به مواد بکاررفته به این منظور مواد ایزولاتور گویند. ویژگیهای ایزولاتور: • اغلب موادی سخت و محکم هستند. • قابلیت انعطاف بسیار کمی دارند. • بر عکس مواد جاذب نباید دارای رخنه و حتی نازک شدگی باشدو اغلب چند لایه هستند. • دارای چهارچوبهای جداگانه برای دیوارهای مختلف میباشد تا دیوارها به هم متصل نشوند.

15. فصل دوممفاهیم صدای آنالوگ The Basis of Analog Audio

16. میکرفون فصل دوم به زبان ساده: میکرفون ابزاری است که به کمک آن انرژی صوتی تبدیل به سیگنال الکتریکی میشود. • میکرفون خازنی • میکرفون الکترودینامیکی • میکرفون ربانی • میکرفون ذغالی • میکرفون کریستالی انواع میکرفون ازلحاظ ساختمان • میکرفون جهتی • میکرفوندوجهتی • میکرفون همه جهتی انواع میکرفون ازلحاظ الگوی دریافت

17. میکرفون فصل دوم میکرفون خازنی (Condenser Microphone) همانطور که درشکل مشخص است در این نوع میکرفونها ،ممبران یکی از صفحات خازن را تشکیل میدهد و حرکت ممبران باعث تغییر ظرفیت و در نهایت ولتاژ دوسر آن میشود. C=K A/d Vout d C V V= q / c

18. میکرفون فصل دوم مزایا و معایب میکرفون خازنی : • مزیت: حساسیت بالا و پاسخ فرکانسی فلت به کل محدوده فرکانسی • اشکال1: سطح سیگنال خروجی بسیار پایین است که باعث بالا رفتن نویز و کم شدن نسبت سیگنال به نویز میشود • رفع اشکال1: • استفاده از یک طبقه پیش تقویت کننده بعد از مدار اصلی(داخل بدنه میکرفون) • اشکال2: مدار پیش تقویت کننده و مدار بایاسینگ خازن ،هر دو نیاز به تغذیه دارند. رفع اشکال 2: ازآن پس اکثر میکرفونهای خازنی رادر کارخانه بر روی صفحات خازن آن بار الکتریکی قرار میدادند تا نیاز به منبع تغذیه برای بایاسینگ خازن نداشته باشند که به این نوع میکرفونها الکترت گویند. پس تغذیه پیش تقویت کننده چی شد؟ استفاده از باتری در بدنه میکرفون و یا استفاده از Phantom Power دستگاه متصل به میکرفون

19. میکرفون فصل دوم میکرفون دینامیکی یا الکترو دینامیکی (Dynamic Microphone) این میکرفونها، طبق قوانین الکترو مغناطیس عمل می کنند بدین صورت که معمولا ممبران متصل به یک سیم پیچ بسیار نازک و سبک میباشد که با حرکت ممبران،سیم پیچ برروی یک آهن ربا بالا و پایین میرود که این امر باعث تولید جریان در سیم پیچ میشود. فشار صوتی حرکت ممبران حرکت سیم پیچ میزان جریان ولتاژخروجی

20. میکرفون فصل دوم مزایا و معایب میکرفون دینامیکی یا الکترو دینامیکی اشکال: حساسیت کمترو پاسخ فرکانسی معوج تر نسبت به میکرفونهای خازنی در برابر سیگنالهای صوتی . مزیت: به علت حساسیت کمتر، مناسب برای صدابرداری از اصوات بسیار بلندو یا در محیطهای نویزی ، مناسب برای صدابرداری مصاحبه چون به نویز دست نگهدارنده نیز حساس نیستند.

21. میکرفون فصل دوم نوعی میکرفون دینامیکی است که در آن ممبران که یک ربان فلزی میباشد بین قطبین یک آهن ربا شروع به لرزش کرده و درسیم پیچ متصل به آن تولید جریان میکند.الگوی اغلب آنها از نوع دوجهتی میباشد. • میکرفون ربانی (Ribbon Microphone) • میکرفون ذغالی (Carbon microphone) • میکرفون کریستالی (Piezoelectric microphone) در این میکرفون مقداری ذغال بین دو صفحه فلزی قرار داردکه با ورود صدا میزان مقاومت ذغالها تغییر کرده و درنهایت ولتاژعبوری از دو صفحه فلزی که با ذغالها به هم ربط دارند عوض میشود.این میکرفونها پهنای باند کم ولی سطح صدای بالایی دارند. این میکرفونها زمانی که به کریستال آنها فشار وارد شود تولید ولتاژ می کنند.

22. میکرفون فصل دوم • میکرفون همه جهتی • میکرفوندوجهتی • میکرفون جهتی انواع میکرفون ازلحاظ الگوی دریافت زاویه دریافت همه جهتی (360درجه) زاویه دریافت دو وجهی کمتر از 90درجه زاویه دریافت حدود 180 درجه و کمتر ازآن

23. میکرفون فصل دوم میکرفون همه جهتی :(Omni directional) میکرفونی است که نحوه ی دریافت آن مطابق شکل زیر از همه طرف میباشد به گونه ای که ممبران در مرکز یک کره قرار میگیرد.این بدین معناست که پشت ممبران با سوراخهایی باز است که از پشت هم صدا دریافت کند. اکثرمیکرفونهای یقه ای موجود در سازمان به علت عدم اوت شدن صدا در هنگام چرخش سر مجری از این نوع میباشند.

24. میکرفون فصل دوم میکرفون دوجهته microphone) (Bidirectional میکرفونی است که نحوه ی دریافت آن مطابق شکل زیر از دو طرف ممبران میباشدولی از زوایای عمود بر راستای ممبران دریافتی ندارد. اغلب این میکرفون در برنامه های رادیویی که دو نفر در دوطرف میز مینشینند استفاده میشود.

25. میکرفون فصل دوم میکرفون جهتی (directional microphone) subcardioid • میکرفون ساب کاردیوئید (subcardioid microphone) • میکرفون کاردیوئید (cardioid microphone) • میکرفون سوپر کاردیوئید (supercardioid microphone) • میکرفون هایپر کاردیوئید (hypercardioid microphone)

26. میکرفون فصل دوم الگوی دریافت میکرفون (Polar Pattern)

27. میکرفون فصل دوم Bi-Directional Hyper Cardioid shotgun Omni directional

28. میکرفون فصل دوم مقایسه میکرفونها

29. میکرفون فصل دوم میکرفونهای مولتی پترن: میکرفونهایی هستند که نوع الگوی در یافت آنها قابل تغییر است که این امر میتواند توسط یک کلید بر روی بدنه و یا با تعویض کلاهک میکرفون انجام شود.

30. میکرفون فصل دوم میکرفونهای جهتی از درجه بالاتر: از این میکرفون در مواقعی که نیاز به زاویه دریافت باریک داریم استفاده میشود. از آنجا که در تهیه فیلم ها باید میکرفون به گونه ای قرار گیرد که در تصویر نباشد لذا این امر منجر به فوکوس کردن میکرفون از راه دور میباشد که این امر به این معناست که : 1- بتوان با فاصله بیشتر سطح صدای مطلوب را بدست آورد. 2- با وجود فاصله بیشتر نویز کمتری از اطراف دریافت کند که با توجه به پترن این میکرفونها قابل حل است . پس از این نوع میکرفونها میتوان استفاده نمود.

31. میکرفون فصل دوم میکرفون همراه با سهمی (Parabolic Microphone) : میکرفونی است که در مرکز یک دیش سهمی گون قرار میگیرد که به در یافت صدای بهتر در فواصل بالاتر کمک میکند. = سرعت صدا قطر سهمی ------------------- کمترین فرکانس مورد نظر

32. میکرفون فصل دوم دسته بندی میکرفون از لحاظ کاربرد: • میکرفون یقه ای • میکرفون رومیزی • میکرفون دستی • میکرفون پشت گوشی • میکرفون ساز • میکرفون سیمی • میکرفون بی سیم • میکرفون یقه ای • میکرفون دستی • میکرفون پشت گوشی

33. میکرفون فصل دوم میکرفون یقه ای (Wired Lavalier Microphone) این میکرفون توسط گیره مربوطه به یقه کت و یا لبه های لباس متصل میشود. الگوی دریافت این میکرفونها اغلب از نوع همه جهتی و یا کاردیوئید میباشد.

34. میکرفون فصل دوم نکات مهم درمحل نصب میکرفون یقه ای (همه جهته) • دقت کنید به زاویه دوربینهای مجری ومهمان • پترن دریافت میکرفون می بایست تمامی زوایای حرکت سر مجری را پوشش دهد. • برای آقایان بهترین محل برای نصب میکرفون یقه ای خط وسط پیراهن و یا روی کراوات میباشد. • در صورت عدم پوشیدن پیراهن بهترین محل یقه ی کت میباشد البته در سمت Look Room طرف که وسط و یک چرخش حدود 90 درجه سر را پوشش دهد. • برای بانوان حرفه ای بهترین محل قرار دادن روی موهای جلوی سر و با شوتینگ به سمت دهان • برای سایر بانوان میکرفون با سوراخی در جلوی مقنعه و در غیر اینصورت روی مقنعه نصب میشود.

35. میکرفون فصل دوم میکرفون رومیزی این میکرفون با قرار گرفتن روی پایه جلوی فرد صحبت کننده قرار می گیرد. الگوی دریافت این میکرفونها اغلب از انواع جهتی میباشد.

36. میکرفون فصل دوم میکرفون دستی این میکرفون در دست مجری و یافرد صحبت کننده با فاصله کم از دهان قرار میگیرد و اغلب آنها از نوع دینامیکی میباشند. الگوی دریافت این میکرفونها از نوع همه جهتی و یا کاردیوئید میباشد.

37. میکرفون فصل دوم میکرفون پشت گوشی و یا سری(head-worn microphone) این میکرفون دارای یک دسته ای است که با قرار گرفتن در پشت گوش و جهت دهی در کنار دهان قرار می گیرد الگوی دریافت این میکرفونها اغلب از نوع کاردیوئید میباشد.

38. میکرفون فصل دوم میکرفونهای ساز (Instrument Microphone) این میکرفونها با توجه به نوعشان برروی ساز سوار میشوند و یا با فاصله کم با گیره یر روی بدنه نصب میشوند. البته برخی از این میکرفونها با فاصله روی پایه در جهت مناسب نصب میشوند تاصدای مربوط به سازهایی چون درامها و سازهای بادی و زهی رادریافت کنند. Wind instrument vibration pickup

39. میکرفون فصل دوم میکرفونهای بی سیم : هدف از طراحی: حذف کابل میکرفون جهت حرکت راحت تر مجری و ارائه تصویر بهتر { • در بدنه میکرفون دستی • در یک دستگاه مجزا • فرستنده : • گیرنده: این دستگاه در عین تقویت ، سیگنال را مدوله کرده و برای گیرنده می فرستد. درمورد میکرفونهای خازنی Phantom Power را نیز تامین میکند. { • ثابت • متحرک این دستگاه سیگنال مدوله شده را دریافت کرده و آن را دمدوله می کند و سیگنال خروجی رابه کانکتورهای دستگاه متصل میکند. به یاد داشته باشید بایستی فرکانس فرستنده و گیرنده یکسان باشد.

40. میکرفون فصل دوم میکرفونهای بی سیم : توجه کنیم گیرنده با فرستنده هم فرکانس باشد باتوجه به نوع گیرنده، میتواند سیگنال در حد میکرفون و یا line باشد.

41. میکرفون فصل دوم رفع مشکلات میکرفونهای بی سیم : صدا نداریم میکرفون به فرستنده وصل باشد فرستنده و گیرنده روشن باشند و muteنباشند باتری فرستنده ویا گیرنده در حال اتمام نباشد گیرنده هم فرکانس با فرستنده باشد ارتباطات میکسر و کاربری آن صحیح باشد سطح صدا ضعیف است گین فرستنده ویا گیرنده پایین نباشد ارتباطات صحیح باشد خروجی میکرفون گیرنده را به ورودی لاین میکسر نزده باشیم گین خط میکسر پایین نباشد سطح صدا بسیار بالاست گین فرستندهو یا گیرنده بالا نباشد خروجی لاین گیرنده را به ورودی میکرفون میکسر نزده باشیم گین خط میکسر بالا نباشد صدا قطع و وصل میشود باتری فرستنده و گیرنده در حال اتمام نباشد فرستنده در نقطه کور گیرنده نباشد ارتباطات صحیح باشد

42. میکرفون فصل دوم میکرفون دیجیتال ((Digital Microphone این میکرفون در طبقه ی ورودی همانند سایر میکرفونها میباشند با این تفاوت که خروجی آن از نوع دیجیتال میباشد ودارای یک سری قابلیتهای پردازشی میباشد. • بخش آنالوگ • بخش تبدیل آنالوگ به دیجیتال • بخش پردازشگر همانند یک میکرفون آنالوگ کامل میباشد. بسته به نوع میکرفون سیگنال آنالوگ را به دیجیتال تبدیل میکند. در این قسمت باتوجه به نوع میکرفون پردازشهایی چون اکولایزرو کمپرسورو گین و فانتوم پاور تعبیه شده است.

43. میکرفون فصل دوم میکرفون دیجیتال ((Digital Microphone برخی از سازنده های معروف میکرفون در دنیا علاوه بر رونمایی از میکرفونهای دیجیتال ،یک سری مبدل میکرفون آنالوگ به دیجیتال معرفی نموده اند که میتواند همه ی میکرفونهای آنالوگ را به دیجیتال تبدیل کند.

44. میکرفون فصل دوم صدابرداری مونو: در اینگونه صدابرداریها تنها از یک میکرفون برای صدابرداری یک منبع صوتی استفاده میشود. صدابرداری استریو: همانطور که ازنام اینگونه صدابرداریها مشخص است می بایست حداقل ازدو میکرفون با قرار گیری صحیح در موقعیتهای مناسب جهت ضبط صدا استفاده شود. نحوه ی قرار گیری میکرفونها چندین حالت استاندارد دارداز جمله: AB XY MS

45. میکرفون فصل دوم میکرفون استریو: میکرفونی است که در واقع تشکیل شده از دو ممبران با زوایای مختلف که یک سیگنال صدای استریو در خروجی میدهد که پرکاربردترین آنها از نوع MS میباشد.

46. میکرفون فصل دوم ویژگیهای یک میکرفون • پاسخ فرکانسی (Frequency Response): • حساسیت میکرفون (Sensitivity): • خازنی یا دینامیک بودن با توجه به کاربرد • جنس بدنه : • جنس ممبران : • نوع الگوی دریافت با توجه به کاربرد (Polar pattern): • اندازه ممبران (Membrane size): چگونگی پاسخ میکرفون به فرکانسهای مختلف میزان ولتاژ خروجی برحسب فشار صوتی ورودی میزان عدم نویز پذیری و استحکام در برابر ضربه میزان حرکت ممبران در برابر فشارهای مختلف و مقاوت در برابر فشارهای ناگهانی دیافراگم بزرگ یاکوچک بودن برای دریافت بهتر انرژی

47. میکرفون فصل دوم پاسخ فرکانسی (Frequency Response) یکی از مهمترین ویژگیهای یک میکرفون پاسخ فرکانسی میکرفون است که چگونگی پاسخ میکرفون به فرکانسهای مختلف را نشان میدهد که در یک نمودار ولتاژ بر حسب فرکانس مشخص میشود. AKG C417

48. میکرفون فصل دوم حساسیت میکرفون (Sensitivity) نسبت ولتاژ خروجی یک میکرفون به فشار صوتی ورودی به ممبران آن حساسیت میکرفون گویند. جهت محاسبه میکرفونها در یک فاصله یکسان از منبع قرار می گیرندو در نهایت خروجی انها با هم مقایسه میشوند.

49. میکرفون فصل دوم متعلقات میکرفون (Accessories) • پایه (Stand) • گیره (Clip) • بادگیر (Windscreen)

50. میکرفون فصل دوم متعلقات میکرفون (Accessories) • بوم (boom) • دسته ضد لرزش (Shock mount) • لرزشگیر (Spider suspension) • بادگیر میکرفون تفنگی ((Wind jammer & Wind shield