A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

1. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése Csiszár János Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

2. Bevezetés A hangfelvétel célja: • dokumentációs célból • művészi produkció megőrzése céljából A hangfelvétel helyszíne: • szabad térben (mikrofonozási technikák) • zárt térben* (mikrofonozási technikák, a tér akusztikai tulajdonságai) A hangfelvétel folyamata: • teremakusztika figyelembe vétele • hangnyomás-elektromos jel (mikrofonok) • erősítés, manipulálás, összegzés (keverőasztal) • hangrögzítés (mágneses, optikai, magneto-optikai, memória RAM) • editálás (hangszerkesztő szoftver, korábban olló) • keverés, arányok, irányok véglegesítése (keverőasztal, szoftver) • végtermék:CD, DVD, rádiós anyag, ….. * Ezzel fogunk foglalkozni Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

3. Hangvisszaverődés, elnyelés • A hanghullám visszaverődése: az optikai törvények szerint • Merőlegesen beeső hanghullámra a visszaverődési fok: ρc=„akusztikai keménység” Levegő-téglafal: 97,4% visszaverődés Hangelnyelők: az akusztikai energiát mechanikai energiává alakítják,felemésztik Tarnóczy Tamás elnyelési tényező Szálas anyagok: súrlódási energia a szálak között (nagy frekvencián hatásos) Membránok: membrán kitérés mechanikai ellenállása(kis frekvencián hatásos) Rezonátorok: pl. Helmholtz rez. : veszteséges akusztikai „rezgőkör” Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

4. Helmholtz rezonátor, hangolt elnyelő elmélet gyakorlat f0= Ca: gömb akusztikai kapacitása ma:a csőben lévő levegőtömeg Tarnóczy Tamás p: összes furat felülete/lemez felülete d: fal-lemez távolság l: lemez vastagsága R:furatok sugara f0= Kialakítás:adott elnyelésű elemekből készült akusztikai burkolat Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

5. Utánzengési idő • A hangenergia a határoló falakról visszaverődik, a visszaverődések és a levegőben terjedés következtében az energiája egyre csökken. • Utánzengési idő: a hangforrás gerjesztésének megszűnése után a hangnyomás ezred részére (60 dB-lel) esik. Jelölése: T60 V:terem köbtartalom S:elnyelő felületek α:elnyelési tényezők SαΣSiαi Ko9rai visszaverődések Késői visszaverődések Mérése: rózsa zajjal gerjesztve, tercsávos szűrővel kiértékelve a lecsengést Rózsazaj=fehérzaj -3dB/oktáv energiacsökkenéssel Terc sáv A könnyebb kiértékelés érdekében a -30 dB nyomáscsökkenésből következtetünk! Oktáv sáv Az utánzengési idő frekvenciafüggő, mert az elnyelési tényező frekvencia- függő! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

6. Diffúzhangtér,energiaegyensúlyi felület • Diffúz hangtér: a térfogategységre eső energia állandó a hely függvényében! • A visszaverődések következtében alakul ki. • Jó hangellátottság (egyenletes)=diffúz hangtér c: közvetlen hangtér a: közeltér (gömbhullám) b: távoltér (síkhullám) d: zengő (diffúz) hangtér e: a fal elszívó hatása Energia egyensúly határa: „c” és „d” találkozásánál Intenzitások a közvetlen és diffúz térben: Tarnóczy Tamás A hangnyomás eloszlása zárt térben Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

7. A terem sajátfrekvenciái • Párhuzamos határfelületű helyiségben bizonyos, a teremméretekkel egész számú viszonyban álló, fél hullámhossznak megfelelő frekvenciákon a párhuzamos falak között álló-hullámrendszer jön létre. Ezeket nevezzük a terem sajáthangjainak, vagy egyszerűen teremhangnak. • Minél kisebbek a terem méretei, annál magasabb frekvenciájú a terem alaphangja, és annál ritkábban oszlanak el a sajáthangok a frekvenciatartományban. lx, ly, lz a terem méretei qx, qy, qz 1,2,3… Hogy a teremhangok ne színezzék el a hangképet, arra kell törekedni, hogy lehetőleg a hangfrekvenciás sávot egyenletesen töltsék ki, vagyis induljanak egészen alacsony frekvencián, és sűrűn kövessék egymást. Ezen úgy érhetjük el, hogy az oldalfalakat nem képezzük ki párhuzamosra, így nagyobb úthossz, ezáltal nagyobb hullámhossz, tehát kisebb frekvencia adódik. Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

8. Energia egyensúlyi felület, teremállandó • A hangstúdióban a közvetlen hangot szeretnénk felvenni, nem a diffúz hangot! • Lehetőleg a stúdió egész területén közvetlen hangtér legyen! • Mitől függ a közvetlen hangtér kiterjedése? • Teremállandó, R Iközvetlen=Idiffúz, Minél nagyobb a határoló felületek elnyelése, annál közelebb van az energia egyensúlyi felület a határoló falakhoz, vagyis a közvetlen hang határa a falakhoz! Tarnóczy Tamás Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

9. A hangstúdió akusztikai zajgátlása • A hangstúdióba a külső, zavaró jelek léghangok és vezetett hangok formájában juthatnak be. • Léghang gátlás: több egymás mögött álló fal • Vezetett hang gátlás: „ház a házban” konstrukció I áram az m tömeg sebessége A hatásos csillapítás érdekében a tömeg-rugó rendszer rezonancia frek- venciáját a zajforrás frekvenciájánál 3-5-ször kisebb értékre hangoljuk ! (aláhangolás) Kivitelezés:ismert a belső tér „mm” tömege, meg kell határozni a gumirugók „Cm” rugóengedékenységét! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

10. Az akusztikai zavarok megengedett szintje • Akusztikai mérésre tervezett helyiség zavarszintjének a hallásküszöb görbe alatt kell maradni! • Hangstúdió céljára szolgáló helyiségben a szabvány a 15-25 dB-es „NC” görbék szerinti zavart engedi meg! • Ezek a görbék igazodnak az emberi hallás frekvenciafüggéséhez • „NC”: Noise Criteria” • L.L. Beranek állapítota meg a görbéket, átvette az ISO is! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

11. A hangstúdió elektromos zavarvédelme A zavarok forrásai: • Elektromágneses zavarok • Az erősáramú hálózaton bejutó zavarok • A stúdión belül kialakult zavarok (rossz villanykapcsoló, kapcsolóüzemű tápegység….) • Védekezés a zavarok ellen: • EM zavarok: árnyékolás • Hálózaton érkező zavarok: aluláteresztő szűrők (leválasztó transzformátor, zavarvédett dug. aljzatok), az erősáramú földelés helyett „tiszta” hangföld rendszer ( csillagpontos, nem „felfűzött”) • Stratégia: amely zavar ennek ellenére bekerült a stúdióba, annak hatását csökkenteni a hangfrekvenciás jelvezetési rendszer célszerű kialakításával! • Jelvezetési rendszer: középföldelt vagy földfüggetlen, de szimmetrikus árnyékolt kábelen történő jelvezetés egyik berendezéstől a másikig! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

12. Szimmetrikus jelvezetési rendszerek - • Alapelv: a jelet nem két vezetéken (meleg ér-hideg ér), hanem három vezetéken vezetjük.(meleg+ meleg- föld-vagyis árnyékolás-GND) • Korábban transzformátorral oldották meg • A megoldás ma: speciálisan erre a célra gyártott integrált áramkörökkel: Meleg+ „adó” „vevő” Meleg- GND Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

13. Mikrofonok A mikrofonok a hangnyomás változást p(t) elektromos jellé alakítják U(t) • Akusztikai-mechanikai átalakító + mechanikai-elektromos átalakító U(t) F(t)= p(t) x Amembránelektrodinamikus átalakító kapacitív átalakító (el.mágneses, piezoelektromos átalakító.) Mikrofonok jellemzői: Érzékenység: frekvencia függő, e(f) Iránykarakterisztika: érzékenység a hang irányának függvényében e(Φ) Kimenő impedancia a frekvencia függvényében Zki(f) Maximális elviselt hangnyomás (dB) referencia p0=20 μP Saját zaj(dB):a levegőmolekulák statisztikus mozgása+elektromos zaj Torzítás: ??????? Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

14. Elektrodinamikus mikrofon Ha Zm frekvencia független lenne, az érzékenység is frekvencia független lenne, de ez csak bizonyos frekvencia határok között oldható meg (50Hz-15 kHz) Saját zaj:10-15 dB ekvivalens hangnyomás Elektromos zaj kicsi, az 50-600 ohm impedancia miatt Érzékenység: 1-2 mV/Pa, Iránykarakterisztika: kör Nagy hangnyomást visel el a felépítése miatt,mechanikai hatásokkal szemben ellenálló Viszonylag egyszerűen gyártható, olcsó, közepes hangminőségű De!! Vannak stúdiócélú dinamikus mikrofonok is!!! (Nem olcsó) Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

15. Kapacitív (kondenzátor) mikrofon A „C” kapacitás töltése Q=C x U A hangnyomás miatt változó kapacitás: A kimeneti váltófeszültség: Uki=R x ΔQ Membrán rugóengedékenység Cm Kimenő impedancia csökkentése: A=1, nagy bemenő impedanciájú erősítővel Érzékenység frekvenciamenete: ameddig a membrán rugóként viselkedik, az átvitel lineáris (kis tömegű membrán) Érzékenység: 10-50mV/Pa Membrán vastagság: 1-10 μm, membrán-ellenelektróda távolság 10-100 μm Széles frekvenciasáv, a membrán tömeg-rugó rezonanciafrekvenciája a hangfrekvenciás tartomány felső határán, vagy a felett! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

16. Elektret (polarizált) kondenzátor mikrofon • A mikrofon működéséhez nem szükséges külső polarizáló feszültség (UT), a membrán és ellenelektróda között egy speciális szigetelő fólia található. • A fóliát felhevítve, elektromos térbe helyezik, a +/- töltésű molekulák a térnek megfelelően rendeződnek, majd lassan lehűtik a fóliát. • A fóliába „belefagynak” a szétválasztott töltések, ez képezi a működéshez szükséges elektromos térerőt (E), mely ekvivalens a külső feszültség által létrehozott térerővel. • Ezeket a mikrofonokat nevezzük „elektret mikrofonnak”, előfordulnak nagyméretű (nagy membránfelületű) stúdió mikrofonként, vagy kisméretű, testre rögzíthető formában is. („rádió mikrofonok”) • Dilemma: ha nem kell külön tápfeszültség a mikrofonnak, miért kell egy 1,5 V-os telepet (általában) az elektret mikrofonba tenni? • Válasz: a mikrofonban található impedancia illesztő erősítő (A=1) működéséhez, és nem a polarizáló feszültség létrehozására! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

17. Kondenzátor mikrofon tápellátása • A kondenzátor mikrofonok UT polarizáló feszültsége általában 12-100 V tartományban van. A stúdió technikában a 48 V feszültség használatos, méghozzá úgy, hogy a hangfrekvenciát „szállító” vezetéken kapja a mikrofon ezt a feszültséget, ezt nevezik „fantom táplálásnak” A két, szimmetrikus hangfrekvenciás jelet hordozó két vezető között nulla volt a potenciálkülönbség, innen az elnevezés. A fantom táplálást az erősítést végző keverőasztalok általában biztosítják. (Dinamikus mikrofon csatlakoztatása ??) Ha a keverőasztalhoz elektret mikrofont csatlakoztatunk, az a 48 V feszültségből előállítja a számára szükséges, erősítőjének megfelelő tápfeszültséget. Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

18. Mikrofon iránykarakterisztikák Iránykarakterisztika:irányfüggő érzékenység A térbeli (szimmetrikus) görbe valamelyik síkmetszetét képezzük • Attól függően,hogy a mikrofon membránt milyen • módon érik a hanghullámok, beszélhetünk: • Kör (csak a membrán egyik oldalát, nyomásmikrofon.) • Nyolcas (a membrán mindkét oldalát, nyomásgradiens mikrofon) • Vese (a kettő kombinációja) iránykarakterisztikáról • A vese iránykarakterisztika létrehozható: • Két mikrofon (kör,nyolcas) jelének összegzésével • A membrán hátoldala egy akusztikus késleltetőn • át csatlakozik a hangtérhez, a hangnyomás más fázisban • éri a membrán elejét-hátulját Kétmembrános kond.mikrofon iránykarakterisztikája elektromosan változtatható! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

19. „Puskamikrofon” iránykarakterisztikája • A cél: a mikrofon csak a membránjára merőlegesen érkező hanghullámokat alakítsa feszültséggé, az oldalról érkező (zavaró) hullámokat ne! Megoldás: a mikrofon membránja elé akusztikai hullámvezetőt (csövet) helyezünk Amelynek palástján furatok vannak. Az oldalirányból érkező hanghullámok fáziskülönbséggel érik a mikrofon membránját, ezért kioltják egymást. Az irányított karakterisztikát csak közepes és nagy frekvenciákon tudjuk produkálni, Kis frekvenciákon csak több méteres mikrofonnal lehetne a karakterisztikát létrehozni! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

20. Két membrános, kondenzátor mikrofon iránykarakterisztikái Két, egymásnak háttal álló vese iránykarakterisztikájú mikrofonból, a polarizáló feszültségek nagyságától és irányától függő eredő iránykarakterisztika képződik. (A kimenő feszültség a polarizáló feszültség függvénye!) A karakterisztikák „összegzése” Eredő karakterisztikák Az iránykarakterisztikák egyenletei e=e0 e=e0(1+cosΦ) e=e0cosΦ Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

21. Folyamatosan változtatható iránykarakterisztikájú mikrofon Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

22. Irányhallás Ha a két fülbe „T” időkülönbséggel érkezik a jel, ezt akkor érezzük irányinformációnak, ha a hullám „T” idő alatt nem vált többször előjelet, vagyis a frekvencia relatív kicsi! A fej méreteiből és a hangsebességből kb.800 Hz adódik, ezen frekvencia felett nem a fázis, hanem a fej felületének elnyeléséből adódó hangerő különbség adja az irány információt. Hangerő különbség, mint irányinformáció: Ha a két hangforrás jele X(t) és Y(t), akkor a virtuális hangforrás relatív iránya: M=mono (összeg) jel S=side (különbségi) jel Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

23. Az irányinformáció létrehozása Idő különbséggel Szint különbséggel Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

24. Időkülönbségen alapuló hangfelvétel Távolság: 2-3 méter 0-5 msec időkülönbséget érzékel a hallásunk, ekkor elhelyezi térben a hangot 5-50 msec esetén az először érkező hang adja az irányt (Haas-hatás) 50 msec időkülönbség esetén két külön hangot hallunk Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

25. Intenzitáskülönbségen alapuló hangfelvétel Irányinformáció: Y-X intenzitás (hangnyomás) különbségek Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

26. M-S technikával készülő hangfelvétel M=X+Y, S=X-Y M+S=2X, M-S=2Y: dekódolás X-Y-ra Két mikrofon, közös házban elhelyezve, egyik vese, a másik nyolcas iránykarakterisztikájú A vese karakterisztikájú a mono jelet érzékeli, a nyolcas a bal-jobb különbségi jelet állítja elő - Előnyei: - mono kompatibilis jel szolgáltatása - az „S” jel szintjének változtatásával a sztereo bázis szélesség változtatható Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

27. 5.1-es hangfelvétel Mikrofonok: Left, Center, Right, LowFrequencyEffekt, Left Surround, Right Surround Mikrofonok iránykarakterisztikája: vese Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

28. 5.1 hangfelvétel, „ahogy az ember hallja” A képen az emberi fejet utánzó gömbbe rejtették el a hat mikrofont, melyek frekvenciamenete (érzékenység-frekvencia karakterisztika) 20Hz-20kHz +/- 2 dB A pekingi olimpián alkalmazták, sikerrel! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

29. Rájátszásos hangfelvétel • Ennél a technikánál nem az egész együttest vesszük fel egy sztereo mikrofon párral, vagy 5.1 módszerrel, hanem az együttes egyes csoportjait (ritmus, szóló, vokál, ének….) külön időben. Az egyes csoportokat külön-külön hangsávra rögzítjük, így később (a keverés során) az egyes arányok utólagosan korrigálhatók, ami a sztereo felvételnél lehetetlen lenne! • A következő „rájátszó” csoport fejhallgatón hallgatja az előzőleg felvett zenészeket, valamilyen (de biztosan nem a végleges) arányban összekeverve (összeadva), ez adja meg a támpontot a saját játékukhoz. • Ha minden csoport felvétele elkészült, már csak a hangmérnöknek van (nagyon sok) dolga, az egyes felvételeket elektronikusan kiigazítani(ha szükséges) és megfelelő arányban a megfelelő irányba pozícionálva a térben- összeadni azokat. • A „végtermék” vagy egy sztereo, vagy 5.1 csatornát tartalmazó hang(fájl). Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

30. A keverőasztalok funkciói A keverőasztal feladatai: • A bemenő elektromos jelek megfelelő szintre erősítése (kiszajú erősítők) • A bemenő jelek jellemzőinek megváltoztatása:hangszín(EQ),hangerő, irány • Kimenő jelet és visszakeverési lehetőséget biztosítani az effekt berendezések számára:dinamika kompresszor, utánzengető, …….. • Jelek összegzése, a megfelelő számú kimeneti csatornán • Lehallgatási és objektív mérési, kontroll lehetőség biztosítása a keverőasztal kimenetén, valamint fontosabb pontjain és a hangrögzítők hangsávjain A keverőasztalok típusai: A keverőasztalok belső rendszertechnikája hasonló, de a felhasználástól függően változik a bemenetek, kimenetek, monitor kimenetek száma, különböző alkalmazásokhoz speciális, kiegészítő feladatot is ellátnak. Léteznek: általános hangfelvevő, soksávos hangfelvevő, hangosító, filmkeverési célra, rádiós célra……készült keverőasztalok • Jelfeldolgozás szerint: analóg és digitális keverőasztalok Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

31. Általános célú keverőasztal felépítése Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

32. Keverőasztal bemenő fokozat Fantomtáplálás „Lepke”,parametrikus Panoráma(irány) szabályzó Sínrendszer Csatorna szintszabályzó Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

33. A keverőasztalok hangszín szabályzói (EQ) „Lepke” hangszínszabályzó Parametrikus hangszínszabályzó Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

34. A keverőasztal panoráma szabályzója • A panoráma szabályzó segítségével lehetséges a keverőasztal csatorna mono jelét a sztereo kimenetre irányhelyesen pozícionálni. A közös tengelyre szerelt két feszültségosztó (potenciométer) „felső” állásában csak az „L” sínre kerül a jel, „alsó” állásában csak Az „R” sínre, középállásban fele-fele Arányban az L-R sínekre, vagyis ilyenkor Halljuk a sztereo lehallgató rendszeren Középről a hangot! Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

35. Keverőasztal kimenő fokozat Szimmetrikus kimenetek Fő kimenetek Sztereo hangrögzítő csatlakozás monitorozáshoz Monitor átkapcsoló Keverőasztal-hangrögzítő Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

36. Keverőasztal monitor fokozat Monitor kimenetek Kivezérlés mérők Alkimenetek Segéd kimenetek Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

37. Hangrögzítés, editálás Korai technológia: • Hangrögzítés: analóg mágnesszalagos, két sávos(sztereó), vagy soksávos (8-48) • Editálás (montírozás): a mágnesszalag tényleges elvágásával, majd más helyre történő beragasztásával (ferde vágás, „lágy” átmenet), csak a sorrend volt változtatható! Mai kor technológiája: • Hangrögzítés: gyors hozzáférésű merevlemezre, digitális formátumban, választható felbontás (bitszám), mintavételi frekvencia, szint kijelzés • Editálás:digitális editáló programok segítségével, nem destruktív • Szolgáltatások: hangerő növelés-csökkentés, dinamika kompresszor, EQ, utánzengés, echo, kórus hatás, time-strech, pitch shift, varispeed, és még nagyon-nagyon sok lehetőség…… Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

38. A hangfelvevő kezelőfelülete Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

39. Kijelölés a felvett anyagon Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

40. Lehetőségek az editáló programban…. Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése

41. Ajánlott irodalom Takács Ferenc: HANGSTÚDIÓTECHNIKA Műegyetemi Kiadó Cs.J. 2009. 02.23. A hangfelvétel készítés rövid áttekintése