Multimédiá - práca so zvukom

1. Multimédiá - práca so zvukom Doc. Ing. Juraj Vaculík, PhD., Mail : juvac@fpedas.uniza.sk 56

2. Základy akustiky • Fyzikálna akustika - študuje spôsob vzniku a šírenia zvuku a zaoberá sa jeho odrazom a pohlcovaním v rôznych materiáloch a prostrediach. • Fyziologická akustika – zaoberá sa vznikom zvuku v hlasovom orgáne človeka a jeho 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 a sálach. MM I/2006

3. Fyzikálna akustika študuje spôsob vzniku a šírenia zvuku a zaoberá sa jeho odrazom a pohlcovaním v rôznych materiáloch a prostrediach

4. Fyzikálna akustika • podstata zvuku, • základné akustické pojmy, • hladiny intenzity, • akustické pole, • šírenie zvuku, • akustické signály, • zvuk, hudba, reč MM I/2006

5. Princíp • Mechanické kmitanie - kmitavý pohyb - je periodický pohyb, pri ktorom teleso pravidelne prechádza rovnovážnou polohou. • Trajektória kmitajúcich telies môže byť priamočiara aj krivočiara. • Kmit je pohyb, ktorý hmotný bod vykoná za jednu periódu. • Harmonickým nazývame kmitavý pohyb, ktorého časový diagram má sínusový priebeh MM I/2006

6. Zložené kmitanie • Hmotný bod môže súčasne konať viac harmonických pohybov. Výsledné kmitanie, ktoré vzniká zložením (superpozíciou), sa nazýva zložené kmitanie. MM I/2006

7. Harmonické a izochronné MM I/2006

8. f1 <> f2 Periodické je len v prípadoch, kedy pomer frekvencií je rovný pomeru celých čísiel Neharmonické kmitanie MM I/2006

9. Neharmonické kmitanie - rázy • rozdiel f1 - f2 je malý MM I/2006

10. Stojaté vlnenie • vzniká interferenciou dvoch rovnakých vlnení (s rovnakou vlnovou dĺžkou, amplitúdou výchylky aj frekvenciou), ktoré postupujú proti sebe. • Ak dospeje vlnenie na koniec bodového radu, nastane odraz vlnenia - odrazené vlnenie sa vracia späť. • V prípade, že bodový rad je na konci voľný, odráža sa vlnenie so súhlasnou fázou, ak je koniec radu upevnený, nastáva odraz s fázou opačnou - protifázou. MM I/2006

11. Vyššie harmonické MM I/2006

12. Základne pojmy z akustiky • Zvuk je pozdĺžne mechanické vlnenie, ktoré vnímame sluchom. Jeho frekvencia je v rozmedzí asi 20 Hz - 16 kHz. • Mechanické vlnenie s frekvenciou f < 20 Hz sa nazýva infrazvuk, s frekvenciou f> l6 kHz ultrazvuk. • Periodické zvuky nazývame hudobné zvuky alebo tóny. MM I/2006

13. Charakteristiky tónov • absolútna výška tónu je pri jednoduchých tónoch určená frekvenciou f, pri zložených tónoch frekvenciou fzzákladného tónu. • relatívna výška tónu je pomer absolútnej výšky daného tónu a frekvencie tónu zvoleného ako základ (v hudobnej akustike 440 Hz, v technickej praxi 1000 Hz). • farba tónu je spôsobená počtom, frekvencií a amplitúdou vyšších harmonických tónov MM I/2006

14. Charakteristiky zvuku ... • Intenzita zvuku I = P/S, [I] = W/m-2, kde P je výkon zvukového vlnenia a S obsah plochy, ktorou vlnenie prechádza. • Hlasitosť zvuku je subjektívnym hodnotením sluchového vnemu. Ucho nie je citlivé na zvuky rôznych frekvencií rovnako (najcitlivejšie je pri frekvenciách 700 Hz až 6 kHz). • Pri referenčnom tóne s frekvenciou 1000 Hz bol stanovený prah počutia, ktorého intenzita I = 10-12 W/m2. Intenzite I =10 W/m2 zodpovedá prah bolesti. MM I/2006

15. Akustické pole pri šírenie vlny • Rovinná vlna • Guľová (kruhová) vlna MM I/2006

16. Akustické javy • Ozvena - vzniká odrazom zvuku od plôch s rozmermi značne väčšími než vlnová dĺžka Vzdialenosť miesta posluchu od tejto plochy musí byť najmenej 17 m, pretože ucho je schopné rozlíšiť dva zvuky po sebe nasledujúce, ak je medzi nimi časový rozdiel najmenej 0,1 s. • Dozvuk - vzniká na základe viacnásobných odrazov zvuku a tým po skončení pôsobenia zvukového zdroja zostáva zvuková energia v danom priestore a predlžuje pôvodný zvuk o určitý čas. Doba dozvuku je čas, ktorý uplynie od skončenia pôsobenia zdroja zvuku do doby, kedy hladina akustického tlaku poklesne o 60 dB. MM I/2006

17. Akustické javy • Lom zvukových vĺn - nastáva pri prechode zvuku z jedného prostredia do druhého, tak ako lom svetelných lúčov. Napríklad vrstvy teplejšieho vzduchu oproti vrstvám studeného vzduchu sú rôzne prostredia a pri šírení zvuku týmito rôznymi prostrediami nastanú lomy zvukových vĺn. • Ohyb zvukových vĺn - nastáva pri dopade zvuku na prekážky, ich rozmer je porovnateľný alebo menší než dĺžka zvukovej vlny. Za otvormi, ktorých rozmery sú podstatne menšie než dĺžka zvukovej vlny, sa šíri zvuk všetkými smermi vo forme guľovej vlny. MM I/2006

18. Ozvena a dozvuk MM I/2006

19. Prirodzené akustické signály • Čistý tón • Zložený signál • Hudobný tón • Farba • Výška • Hlasitosť MM I/2006

20. Fyziologická akustika zaoberá sa vznikom zvuku v hlasovom orgáne človeka a jeho vnímaním v uchu

21. Fyziologická akustika • ľudský hlas - pružné blany, nazývané hlasivky • vznik a zloženie, formanty • sluch, • ako počujeme, • krivky počuteľnosti, • intenzita, hlasitosť, frekvenčný rozsah, • maskovanie, smerovosť MM I/2006

22. Sluch • Orgán • Prah počutia • Hlasitosť • Maskovanie • Smerovosť • Skreslenie MM I/2006

23. Elektroakustika zaoberá sa záznamom, reprodukciou a šírením zvuku s využitím elektrických signálov

24. Elektroakustika • spracovanie zvuku, • prenos, • zmena elektrického na akustický signál, • reprodukcia, • digitalizácia, • zvuk na počítači, • priestorový zvuk, • MIDI rozhranie MM I/2006

25. Prenos zvuku • Reproduktor vytvára z elektrického signálu pôvodný zvukový signál zachytený mikrofónom nahradzujúcim ucho poslucháča. • Všetky zariadenia spracovávajúce zvukový signál majú byť také, aby reprodukcia zvukového signálu zodpovedala pokiaľ možno čo najviac originálu. • Z toho dôvodu okrem základnej informácie o výške, farbe a hlasitosti tónu pri jednokanálovom prenose, je snaha preniesť aj informáciu o priestorovom rozmiestení zvuku. K tomu sú potrebné dva alebo viac kanálov. MM I/2006

26. Rozdelenie reproduktorov • Podľa spôsobu vyžarovania na: • priamo vyžarujúce, • nepriamo vyžarujúce. • Podľa princípu elektromechanického meniča : • elektromagnetické, • elektrodynamické, • elektrostatické, • piezoelektrické, • iné, založené na odlišných princípoch. MM I/2006

27. Rozdelenie reproduktorov • Podľa tvaru membrány sa priamo vyžarujúce: • kruhové, • eliptické, • zvláštne (guľa, štvorec apod.). • Podľa rozsahu pásma prenášaných kmitočtov: • širokopásmové - pre celé pásmo, • hlboko tónové, • stredotónové, • vysokotónové, • špeciálne. MM I/2006

28. Parametre • Impedancia - odpor reproduktoru pre striedavý prúd • Príkon - (skreslenie, mechanické poškodenie) • Rezonancia - rezonančný kmitočet, ktorý závisí na hmotnosti a poddajnostikmitacieho systému • Kmitočtovýrozsah - frekvenčné pásmo • Charakteristická citlivosť- priemerný akustický tlak v ose reproduktoru vo vzdialenosti 1 m pri príkone 1 VA v určitom frekvenčnom pásme. • Indukcia • Smerovosť • Výkon MM I/2006

29. Viacpásmovosť MM I/2006

30. Vzorkovanie Kvantovanie Digitálny zvuk MM I/2006

31. Zvuk na počítači • Zvuková karta • A/D-D/A prevodníky • Syntéza zvuku • DSP - Digital Signal Processor • Formáty: • WAV • MP3 • Midi • Priestorový zvuk MM I/2006

32. Hudobná akustika skúma zvuky a ich kombinácie so zreteľom na potreby hudby

33. Hudobná akustika • zvuk a hudba, • tón a jeho atribúty, • nota, predznamenania, • interval, stupnica, akord, • rytmus, tempo, • zápis, • teória ladenia, MM I/2006

34. Hudobný tón • Radením tónov v čase za seba sa získava melódia, radením tónov vedľa sebaharmónia, ktorá môže byť prezentovaná aj formou akordov alebo ich kadencií. Časový sled tónov udáva rytmus. • K zápisu hudobných tónov sa obvykle používajú noty. V notovom materiáli je hudobný tón definovaný výškou, dobou trvania, približnou hlasitosťou a určením nástroja. MM I/2006

35. Hudobná teória • K zápisu hudobných tónov sa obvykle používajú noty. V notovom materiáli je hudobný tón definovaný výškou, dobou trvania, približnou hlasitosťou a určením nástroja. Každý nástroj má však rozličnú farbu, každý hudobník určitý štýl hry. Hudobný tón a vôbec hudobný komplexný materiál dovoľuje rad obmien, súvisiacich s psychológiou a estetik MM I/2006

36. Tón • Výška tónu závisí od počtu kmitov za sekundu (frekvencie). Čím je vyššia frekvencia, tým je vyšší tón. • Sila tónu závisí od veľkosti výchylky krivky – amplitúdy - chvenia telesa od bodu pokoja (závisí od amplitúdy). Veľkosť amplitúdy neovplyvňuje frekvenciu, teda výška tónu nezávisí od jeho sily. • Farba tónu závisí od spôsobu chvenia, tvaru vlnenia, no závisí predovšetkým od stavby nástroja (materiálu, spracovania). • Dĺžku tónu definuje čas, pokiaľ necháme tón znieť. MM I/2006

37. Poltón • Celý tón - poltón - základným intervalom je poltón. Môžeme si ho predstaviť ako jeden pražec na gitare alebo ako dve susedné klapky na klavíri (čierna a biela). Medzi dvoma susednými tónmi v hornej tabuľke je interval 1 poltón. MM I/2006

38. Predznamenania - posuvky • Krížik (#), zvýšenie tónu o poltón od základného tónu -is, napr. a-ais, c-cisis). • bé (b) a dvojité bé (bb) znižujú základný tón o poltón, prípadne o dva. -es, alebo -eses (napr. c-ces, f-feses). • odrážky – rušia predchádzajúce MM I/2006

39. Interval • Interval je vzdialenosť medzi dvoma tónmi alebo aj názov dvojzvuku týchto tónov, dvojzvuk preto, lebo ide o súzvuk dvoch tónov. • Najmenšou jednotkou, ako už bolo spomínané, je poltón, dva poltóny sa nazývajú celýtón. • Prima, sekunda, tercia, kvarta, kvinta, sexta, septima a oktáva MM I/2006

40. Akord • Akord je súzvuk tónov (troch a viac). Podľa počtu tónov hovoríme o trojzvukoch, štvorzvukoch atď. • Základné trojzvuky obsahujú tri tóny, pričom medzi oboma dvojicami sú nejaké tercie (veľké, malé) a podľa toho, aké tercie tam sú, sa aj nazývajú - delia sa na: • durové (tvrdé, veselé) a • molové (mäkké, smutné), a to podľa toho, či okrem primy a kvinty obsahujú veľkú alebo malú terciu. MM I/2006

41. pozícia týchto symbolov určuje ČAS (Time) a  výškuNOTY (Pitch) Notácia – notový zápis rytmus - udáva čas nástupu a dobu trvania jednotlivých tónov. tempo - popisuje rýchlosť a zmeny rýchlosti skladby. dynamika - určuje silu, respektíve hlasitosť jednotlivých tónov. MM I/2006

42. Rytmus - takt Určuje takt - t.j. koľko nôt a akých sa bude hrať v jednom takte 4/4, 3/8 MM I/2006

43. Výška tónu • Priradenie výšky tónu z polohy tela noty záleží na použitom kľúči - symbolu na začiatku každého riadku notovej osnovy. Najčastejšie sa používa husľový, respektíve basovýkľúč, prípadne ich oktávové posuvy. MM I/2006

44. Tempopočet štvrťových nôt na minútu – bpm • Largo (veľmi pomaly) 40-60 • Larghetto (pomaly) 60-66 • Adagio (voľne) 66-76 • Andante (zvoľna) 76-108 • Moderato (mierne) 108-120 • Allegro (živo) 120-168 • Presto (rýchlo) 168-200 • Prestissimo (veľmi rýchle) 200-208 MM I/2006

45. Dynamika • Pianississimo (veľmi veľmi slabo) ppp • Pianissimo (veľmi slabo) pp • Piano (slabo) p • Mezzopiano (stredne slabo) mp • Mezzoforte (stredne silno) mf • Forte (silno) f • Fortissimo (veľmi silno) ff • Fortississimo (veľmi veľmi silno) fff MM I/2006

46. Stupnica • Je to jednosmernýrad (buď stúpajúci alebo klesajúci), čiastkový alebo úplný (obsahuje všetky tóny zo spektra oktávy, alebo ich výber) a väčšinou dvojintervalový (obsahuje práve dva rôzne intervaly) • Durové stupnice – umiestnenie poltónových vzdialeností medzi III.-IV. a VII.-VIII. stupňom (kvintový/kvartový kruh) • Molové stupnice - poltónové vzdialenosti majú medzi II.-III. a V.-VI. stupňom • Chromatická stupnica MM I/2006

47. Stavebná akustika skúma dobré a nerušené podmienky počúvateľnosti hudby a reči v obytných miestnostiach a sálach

48. Stavebná akustika • akustika priestorov, • požiadavky na akustiku, • zatlmenie priestorov, • umiestenie audio prvkov, • oneskorenie, • nastavenie viackanálových systémov MM I/2006

49. Akustika miestnosti • Zatlmenie miestnosti • Umiestnenie v priestore • Nastavenie oneskorenia • Rovnaká úroveň hlasitostí ... MM I/2006

50. Umiestnenie v priestore MM I/2006