Istota, parametry i narzędzia obróbki dźwięku

Istota, parametry i narzędzia obróbki dźwięku

X Menu Istota dźwięku Parametry Narzędzia Linki INFO

X Istota dźwięku Dźwięk to fala akustyczna rozchodząca się w danym ośrodku sprężystym (ciele stałym, płynie, gazie). Dźwiękiem nazywamy drgania akustyczne rozchodzące się w ośrodku sprężystym zdolne wytworzyć wrażenie słuchowe, które dla człowieka zawarte są w paśmie między częstotliwościami granicznymi od ok. 20 Hz do 20 kHz.

X Dźwięk, jako drgania cząsteczek, może rozchodzić się tylko w ośrodku sprężystym. Wynika z tego, że mamy do czynienia z ruchem falowym, który charakteryzuje się tym, iż cząsteczka pobudzona przekazuje energię cząstce sąsiedniej, a sama drga wokół własnej osi. Mamy trzy ośrodki sprężystości: - gazowy - ciekły – stały W potocznym znaczeniu dźwięk to każde rozpoznawalne przez człowieka pojedyncze wrażenie słuchowe.

X • Obiektywna klasyfikacja dźwięków jako fal: • ton • wieloton (dźwięk o widmie prążkowym) • - harmoniczny • nieharmoniczny • szum (mający widmo ciągłe) • - szum biały • - szum barwny

X Pierwszego zapisu dźwięku za pomocą urządzenia zwanego fonografem dokonał w 1877 r. Amerykanin Thomas Alva Edison. Drgająca membrana przechwytywała dźwięki i przekazywała je na igłę żłobiącą spiralny rowek w obracającym się wałku pokrytym metalową folią. Ponowne przejście igły wzdłuż wyrytych na wałku rowków umożliwiało wprawienie w ruch innej membrany połączonej z tubą głosową. Dźwięk (w rozumieniu akustyki) składa się z tonów.

X Parametry dźwięku Właściwości fizyczne dźwięku mają swoje odpowiedniki w grupie cech psychofizjologicznych. Można więc określić dźwięk za pomocą następujących par parametrów : • częstotliwość - wysokość • natężenie - głośność • widmo - barwa

X Częstotliwość dźwięku Zaburzenie ośrodka sprężystości powoduje naprzemienne zagęszczanie i rozrzedzanie cząsteczek w określonym rytmie. Liczba tych powtórzeń w jednostce czasu to częstotliwość. Jednostką częstotliwości jest herc Hz – jeden cykl na sekundę. Okres, czas potrzebny na wykonanie pełnego cyklu jest w mierzony w sekundach s. Częstotliwość jest odwrotnością okresu, im wyższa tym krótszy okres drgań. Częstotliwość ściśle wiąże się z subiektywnym wrażeniem wysokości dźwięku.

X • Zakres częstotliwości rozróżnianych przez zdrowego • człowieka mieści się w przedziale 16 Hz÷20 kHz. Dźwięki • poniżej tej granicy są zwane infradźwiękami, powyżej • ultra- lub hiperdźwiękami (ponad 100 MHz). • Niesłyszalne – odczuwane dotykiem jako wstrząsy i drżenia • przy dłuższym oddziaływaniu mogą niekorzystnie • wpływać na zdrowie.

X Wysokość dźwięku Wysokość dźwięku jest cechą subiektywną pozwalającą rozróżniać dźwięki o różnej częstotliwości. Drgania z przedziału 16÷300 Hz określa się jako niskie. Dźwięki wysokie mieszczą się w paśmie 3000 Hz÷20kHz. Ucho ludzkie najczulej reaguje na dźwięki średnie (300÷3000 Hz). Wrażenie wysokości zależy w pewnym stopniu od głośności. Zależność ta zmienia się w funkcji częstotliwości.

X Tony do 1000 Hz obniżają swą wysokość ze wzrostem głośności, przy czym im niższy dźwięk, tym większa różnica wysokości. Powyżej 4000 Hz jest odwrotnie. Większa głośność powoduje wzrost wysokości tonu. W przypadku naturalnych dźwięków złożonych będących sumą wielu drgań o różnej częstotliwości i amplitudzie, zależności te nie są aż tak wyraźne.

X Natężenie dźwięku Energia dźwięku rozprzestrzenia się wraz z początkiem fali akustycznej powodując chwilowe wzrosty i spadki ciśnienia atmosferycznego (zagęszczenie i rozrzedzenie sprężystego ośrodka). Owe różnice zwane ciśnieniem akustycznym, są mierzone w skali Pascala – Pa. Częściej stosowaną wielkością jest natężenie dźwięku, ściśle związane z ciśnieniem akustycznym i określającym energię początku fali, przepływającą w konkretnym czasie przez określoną powierzchnię. Natężenie maleje wraz z kwadratem odległości od źródła dźwięku.

X Ogromna rozpiętość natężenia na które reaguje człowiek sprawia że wygodniej wyrażać je w jednostkach względnych, to jest w porównaniu z określoną wielkością przyjętą za punkt odniesienia. Taką jednostką jest decybel dB. Próg słyszalności to 0 dB. Poziom natężenia 10 dB oznacza dźwięk dziesięciokrotnie głośniejszy różnica 30 dB – dźwięk silniejszy tysiąckrotnie itd. Ujemne wartości decybeli wskazują na dźwięki cichsze określoną liczbę razy. Poziom natężenie 130 dB to granica bólu.

X Głośność Głośność to subiektywne odczucie natężenia dźwięku. Zależy zarówno od natężenia jak i częstotliwości. Im większe natężenie tym większa głośność. Przy stałym natężeniu dźwięki niskie i wysokie wydają się cichsze niż dźwięki o średniej częstotliwości (2÷4 kHz). Ma to bezpośredni związek z czułością ucha, które w tym zakresie wykazuje największą wrażliwość. Zależność między wysokością dźwięku a jego natężeniem dającym w całym paśmie wrażenie jednakowej głośności ukazują tzw. krzywe izofoniczne – warstwice jednakowej głośności.

X Dolną granicę słyszalności tworzy linia łącząca dla różnych częstotliwości punkty natężenia, przy których dźwięk zaczyna być słyszany. Górną – linia przedstawiająca natężenia przy których odczucie słuchowe przechodzi w ból. Jednostką głośności jest fon, którego skala pokrywa się poziomami natężenia dla częstotliwości 1000 Hz. Dość łatwo zauważyć, że przy wysokich poziomach rzędu 90÷100 fonów, wrażenie głośności w całym paśmie bardziej się wyrównuje. Znaczy to, że ludzkie dostosowuje się do poziomu natężenia dźwięku.

X Widmo dźwięku Każdy, dowolnie złożony, okresowy przebieg akustyczny (np. dźwięk muzyczny) dzięki analizie Fouriera można przedstawić jako pewną kombinację tonów sinusoidalnych o różnej częstotliwości i amplitudzie. Najniższa częstotliwość tak złożonej fali jest tzw. częstotliwością podstawową i ona właśnie określa wysokość dźwięku. Wyższe składowe – przytony – decydują o jego unikatowym brzmieniu, pozwalającym rozróżnić dźwięki tej samej wysokości grane np. na różnych instrumentach.

X Jeśli częstotliwości przytonów są krotnościami częstotliwości podstawowej to są nazywamy je harmonicznymi lub alikwotami, a powstałe w ten sposób dźwięki wielotonami harmonicznymi. Drgania będące sumą tonów nieuporządkowanych tworzą wielotony nieharmoniczne. Obydwa rodzaje można zaprezentować w postaci prążków na osi częstotliwości tak, by każdy dźwięk odpowiadał jednemu prążkowi o wysokości reprezentującej jego amplitudę. Otrzymany w taki sposób obraz przestawiający częstotliwości składowe i ich amplitudy, tworzy widmo dźwięku.

X Barwa dźwięku Odmienna liczba, wysokość i względne natężenie przytonów w stosunku do tej samej częstotliwości podstawowej pozwala ludzkiemu uchu rozróżnić brzmienie różnych instrumentów. Dzieje się tak ponieważ każdy z tych instrumentów ma swoją unikalną barwę. Proces identyfikowania barwy wiąże się z pojęciem transjentów tzn. przejściowych stanów poprzedzających lub kończących dźwięk, kiedy to każda ze składowych – zanim osiągnie w miarę stały poziom – narasta z różną intensywnością. Na przykład w dźwięku skrzypiec pierwsze dwa przytony nabrzmiewają wolniej niż alikwoty wyższe.

X Długo brzmiące, jednakowe pod względem wysokości i niezmienne w głośności dźwięki różnych instrumentów pozbawione transjentów, tracą swój unikalny charakter. Wierne odtworzenie transjentów odgrywa kluczową rolę w reprodukowanym dźwięku. Najpoważniejszymi przeszkodami są mechaniczne (mikrofon, głośnik) i elektryczna (pojemność i indukcyjność układów elektronicznych) „bezwładność” aparatury audio, nie dość szybkiej by w niezniekształconej postaci transjenty te odwzorować.

X Narzędzia do obróbki dźwięku Poniżej przedstawione jest kilka programów do obróbki audio: • Audacity • GoldWave • Wavelab • Sound Forge

X Audacity Audacity to zaawansowany i wielościeżkowy edytor plików dźwiękowych rozpowszechniany na licencji GNU GPL. Audacity otwiera pliki WAV, AIFF, AU, MIDI, MP3 i OGG zapisuje zbiory WAV, MP3 oraz OGG. Program posiada rozbudowane menu efektów - dostępny jest między innymi kompresor, echo, podbicie basów, equalizer, filtry odszumiacz, wyciszanie i inne. Audacity obsługuje też wtyczki LADSPA, nyquist i VST (przez vstserver) co pozwala na łatwe rozszerzenie jego funkcjonalności.

Program dostępny jest w wersjach dla systemów typu Unix/Linux, Windows i MacOS. główne okno programu w wersji pod Linuksa

X GoldWave GoldWave - program służący do zaawansowanej obróbki dźwięku cyfrowego. Pozwala na edycję, odtwarzanie miksowanie oraz analizowanie plików audio. Aplikacja posiada wiele przydatnych efektów i filtrów (np. equalizer, doppler, flanger). Funkcja CD audio extraction pozwala na zgrywanie ścieżek audio do popularnych formatów dźwiękowych. Aplikacja obsługuje formaty wav, mp3, ogg, aiff, au vox, mat, snd oraz voc.

X główne okno programu w środowisku Windows

X WaveLab WaveLab firmy Steinberg od lat przewodzi stawce edytorów audio i przez wielu użytkowników uważany jest za narzędzie najszybsze i najbardziej profesjonalne. Istotnie, kolejne wersje WaveLab wprowadzają innowacje niespotykane dotąd w programach tego typu. Jego cechą charakterystyczną jest duża liczba efektów własnych, a także szeroki wybór pluginów rozszerzających funkcjonalność programu. Niewątpliwie do zalet należy możliwość odwzorowania widma dźwięku w trzech wymiarach.

X WaveLab 4.0 – okno główne

X Sound Forge • Profesjonalny edytor audio, znajdujący zastosowanie • nawet w studiach muzycznych. Umożliwia nieliniową • edycję dźwięku, dając do dyspozycji dziesiątki • narzędzi, efektów i filtrów. • Aplikacja obsługuje wszystkie popularne formaty • plików dźwiękowych (m.in. MP3, WAV, OGG, VOX) • i doskonale radzi sobie z mediami strumieniowymi • Real Audio G2 oraz Active Streaming Format (ASF). • Sound Forge pozwala na pełen mastering płyt CD, łącznie • z edycją playlist, a także na obróbkę ścieżki dźwiękowej • plików AVI.

X Sound Forge w wersji 7

X Linki http://audacity.sourceforge.net - strona główna edytora audio Audacity http://www.goldwave.com - strona domowa programu GoldWave http://www.steinberg.net - witryna firmy Steinberg tworzącej aplikację WaveLab http://www.sonymediasoftware.com - strona firmy Sony wydawcy programu Sound Forge

X INFO Autor : Maciej Ruciński Klasa : IILB 2005/2006 Źródła : http://pl.wikipedia.org Podręcznik Przetwarzanie Informacji część 2 Wydawnictwo WSiP

Istota, parametry i narzędzia obróbki dźwięku