Vlastnosti zvuku a zvukových záznamů

1. Vlastnosti zvuku a zvukových záznamů Jaromír Horčička, Jakub Kučmaš

2. Obsah • Definice zvuku, zdroje šíření • Tón, hluk, vlastnosti zvuku • Dopplerův jev a rázová vlna • Dělení zvukových formátů • Bezztrátová komprese • Ztrátová komprese • MIDI

3. Definice zvuku a základní pojmy • Zvuk = mechanické vlnění v látkovém prostředí, vyvolávající zvukový vjem • Slyšitelnost obvykle v rozsahu 16 Hz až 20 000Hz • < 16 Hz = infrazvuk • > 20 kHz = ultrazvuk • Akustika = děje spojené s vznikem a šířením zvuku • Základní rozdělení zvuku • Zvuky nehudební = hluk • zvuky hudební = tóny

4. Zdroj zvuku a šíření • Zdroj zvuku = zdroj zvukového vlnění • Pro šíření nutné hmotné prostředí • Vakuum je dokonalou zvukovou izolací • Každé chvějící se těleso zdrojem zvuku • Zdroj nemusí být těleso kmitající vlastními kmity, ale může být kmitající kmity vynucenými • Zařízení pro generování nebo reprodukci zvuku • Rychlost zvuku • Ve vzduchu za standardních podmínek 331,82 m/s • V mořské vodě 1 500 m/s • V oceli 5 000-6 000 m/s

5. Co slyšíte: 20 Hz – 20 kHz • http://www.youtube.com/watch?v=qNf9nzvnd1k&feature=c4-overview&list=UUc6XhPJQy-olOGzMR05vyzQ

6. Tón • Tón • Hudební zvuk • Vznik při pravidelném (periodickém) kmitání • Při poslechu vzniká v uchu vjem výšky – využití v hudbě • má svou výšku, barvu, intenzitu (hlasitost) • Základní tón • je zvuk, jehož zvukovou intenzitu lze v závislosti na čase popsat sinusoidou • Složený tón (nebo jen tón) • lineární kombinací základních tónů

7. Hluk • Hluk • Nehudební zvuk • Nepravidelné vlnění vznikající jako složitější nepravidelné kmitání těles nebo krátké nepravidelné rozruchy • Také využívány v hudbě – např. bicí • Více než 75 dBškodí • Hluknad 100 dB vnímán jako bolest • Nad 140 dB dochází při jednorázovém působení i ke sluchovému poškození, protržení bubínku.

8. Základní vlastnosti zvuku • Barva zvuku • tvořena celistvými násobky základního kmitočtu tónu - vyšší harmonické kmitočty • Hlasitost zvuku • subjektivní hodnocení sluchového vjemu • jednotka hlasitosti - fon (Ph) • Intenzita zvuku • zvuková energie dopadající na jednotku plochy za jednotku času • jednotka intenzity – bel (B) • Výška zvuku • dána jeho frekvencí, čím vyšší frekvence, tím vyšší výška • jednotka výšky – herz (Hz)

9. Akustická intenzita • Množství akustické energie, která projde jednotkovou plochou za jednotku času • Jednotka: 1 bel (1 B) • Orientační hodnoty • šepot - 10- 20 dB • tlumený hovor 35- 45 dB • hovor střední hlasitosti 50- 55 dB • symfonický orchestr 70-90 dB • rocková hudba 110-130 dB

10. Dopplerův jev • nastává při relativním pohybu zdroje zvuku a pozorovatele, který zvuk přicházející od zdroje vnímá. Pozorovatel slyší zvuky jiné frekvence, než je frekvence zdroje. Vyšší, když se zdroj zvuku a přijímač zvuku přibližují, a nižší, pokud se zdroj zvuku a přijímač zvuku navzájem vzdalují. • Rázová vlna (zvuková bariéŕa) • Pohybuje-li se zdroj vlnění rychleji než vlnění samotné, nemůže se vlnění šířit do libovolného směru. Je pro něho například nemožné dostat se před pohybující se zdroj:

11. Dělení zvukových záznamů • dvě základní větve • digitalizovaný záznam • MIDI • Bez komprese • WAV • Bezztrátová komprese • FLAC, AAC Lossless, WMA9 Losseless • Ztrátová komprese • MP3, Real Audio, WMA, Vorbis, AAC, AC3, DTS

12. Bez komprese - WAV • „Waveform audio fileformat“ • Velikost souboru je omezena na 4GB (6,6 h záznamu v CD kvalitě*) • Vhodné pro zpracování zvuku • *CD kvalita • Vzorkovací frekvence 44,1 kHz • Bitová hloubka 16 bit (dnes už i 24)

13. Bezztrátová komprese -FLAC • Otevřený formát • Princip jako komprimační formáty RAR/Zip • Velikost nového souboru asi 60% z původního • Vysoká kvalita

14. Bezztrátová komprese –AAC Lossless, WMA 9 Lossless • AAC Lossless • Rozšíření standardu MPEG-4 Part 3 • Přirovnáván k FLAC • *.m4a • WMA 9 Lossless • Až 6 kanálů • Komprese 1,7:1 – 3:1

15. Ztrátová komprese – MP3 • pro archivaci či ukládání zvukových záznamů • velikost souboru závislá na: • vzorkovací frekvenci • rozsahu sledovaných hodnot • záznam připraven o zvukové rozsahy a vlastnosti, které lidské ucho neslyší • úprava frekvenčního spektra • Standardní rozsah bitrate 32-320 • kvalita záznamu určena kompresním poměrem • velká komprese = malý soubor a nízká kvalita zvuku • malá komprese naopak • http://www.youtube.com/watch?v=bxsNSvdFmmY

16. Ztrátová komprese – WMA • „Windows Media Audio“ • Do verze 8 (WM Player) velice nekvalitní • Verze 9.1 umí i bezztrátovou kompresi a multikanálovou kompresi • Mělo nahradit MP3 (MS za MP3 musí platit)

17. Ztrátová komprese – Vorbis, AAC • Vorbis • Svobodný, open source • Původně náhrada za MP3 • Kvalita jako WMA, i vícekanálový zvuk • AAC • Následovník MP3 • Patentován skupinou MPEG • Obrovský rozsah bitrate • Pokročilý kodek

18. Ztrátová komprese – AC3, DTS • AC3 • Pro DVD, následník Dolby Stereo • Nedobrý poměr kvality zvuku a komprese • Více možných konfigurací (1.0, 2.0…5.1…) • DTS • vícekanálový formát, prostorové ozvučení • Pro DVD, kompresní poměr 4:1 až 8:1 • Kina, dvd

19. MIDI • „Musical Instrument Digital Interface“ • standard pro komunikace mezi hudebními nástroji, bicími moduly… • Digitální zvukový záznam > MIDI je jeho digitálním popisem > zpracováno výstupním zvukovým zařízením • MIDI signál neobsahuje vlastní zvuk • Skvělá editace • Data lze přenášet i bezdrátově

20. Děkujeme za pozornost