Multimediální technika a televize - úvod. Dr. Ing. Libor Husník

Transkript

1 Multimediální technik televize - úvod přednášející: Prof. Ing. Miloš Klím, CSc. Dr. Ing. Libor Husník

2 Multi-médi pokus o slovníkové heslo multi = mnoho, více médi = z ltinského medire medius = prostřední medire = půlit, vstupovt do něčeho, zprostředkovt multimédi obecně = několik součsně působících prostředníků

3 Multimédi technické prostředky předstvující rozhrní mezi technikou člověkem, tedy prostředky působící n smysly člověk nopk prostředky, které snímjí projevy člověk ty předávjí do přenosového řetězce v součsné době udiovizuální technik, le v budoucnu kdo ví?

4 Návzné mgisterské předměty v oboru Multimédi n ktedře rdioelektroniky Multimediální technik - X37MMT Televize - X37TEL Obrzová fotonik - X37OBF Studiová technik - X37STT Zvuková technik X37ZVT Měření kustických veličin X37MAV Zprcování kustických signálů X37ZAS Záznm signálu X37ZSG

5 Multimediální technik část zvuková technik Libor Husník

6 1. Šíření zvuku ve volném prostoru, modely kmitjících soustv 3. Fyziologická kustik 5. Zvukové signály 7. Elektrokustické měniče 9. Prostorová kustik 11.Ozvučování 7. Záznm signálu (Dr. Frntišek Rund)

7 Zvuk = mechnické kmity kontinu jeden z prostředků komunikce člověk - s dlšími lidmi: řeč (informce, melodik řeči), hudb, jiné zvuky - s prostředím: hlukové signály (orientce v prostoru, upozornění n nebezpečí)

8 Přenosový řetězec přirozený : zdroj přenosové prostředí přijímč (ucho) se zčleněním multimediální techniky: zdroj přenosové prostředí mikrofon záznm/zprcování/přenos - reproduktor přenosové prostředí přijímč (ucho)

9 Aspekty zvukové techniky zdroj vysílč (přirozený/umělý) tvorb řeči, tvorb hudby hudební nástroje kustické elektronické, mechnické kmity obecných ploch teorie signálů (typy dle průběhu čsového, kmitočtového, trnsformce..) přenosové médium šíření zvuku v prostoru, prostorová kustik, návznost n rchitekturu

10 Aspekty zvukové techniky pokrčování záznmová přenosová technik (záznmové kompresní formáty, přenosové protokoly) elektrokustické měniče mikrofony reproduktory přijímč ucho fyziologická, psychologická hudební kustik = vliv n člověk

11 Disciplíny pokrývjící dná témt obecné šíření zvuku fyzikální kustik měniče (reproduktory, mikrofony..) elektrokustik vlstnosti sluchového systému fyziologická kustik vnímání zvuku jeho působení n člověk psychologická kustik hudební nástroje, hudební signály hudební kustik šíření zvuku v uzvřených prostorech, úprv kustiky prostoru prostorová kustik typy kustických signálů, trnsformce kódování zprcování kustických signálů záznm signálu dlší příbuzné obory: stvební kustik (zvuková izolce prostorů) kustik řeči (tvorb řečového signálu) kustická emise (nedestruktivní testování mteriálu) psychometrie (psychologické testování (i kustických) signálů)

12 Terminologie Zvuková technik = udio technik popisuje podsttu zvuku, jeho šíření prostředky, kterými se generuje nebo přijímá, tedy popis vlstností celého zvukového přenosového řetězce Akustik = (z řeckého kuo slyším) se zbývá všemi oblstmi, kde se vyskytuje jkékoli obecné mechnické kmitání

13 Zvuk jeho podstt zvuk = mechnické kmity kontinu, tedy v plynné, kplné i pevné fázi. MY SE NYNÍ OMEZÍME NA ZVUK VE VZDUCHU kustický tlk = změny celkového tlku

14 kustický tlk p se udává v Psclech (P), le obvyklejší je HLADINA AKUSTICKÉHO TLAKU L SPL L 20 log SPL p p ref [db] proč logritmus (hldin) : psychofyziologie vnímání, člověk vnímá logritmicky (Weberův Fechnerův zákon) proč tková volb reference : p ref je přibližná hodnot prhu slyšitelnosti v okolí 2 khz proč DECIbely: 1 db je přibližně hodnot JND (právě postřehnutelný rozdíl)

15 zvuk v plynech je vlnění podélné (nejsou smyková npětí mezi molekulmi) střední hodnot kustického tlku je nulová průběhy jsou v drtivé většině hrmonické pro nlýzu možno použít Fourierových řd jeho šíření se řídí (v drtivé většině přípdů) lineární vlnovou rovnicí (v tomto přípdě pro kustický tlk p 1 c0 2 2 t p 2

16 Rychlost šíření dibtická rychlost zvuku c 0 p 0 0 cd ve vzduchu přibližně 340 m/s Vlnová délk pro slyšitelné kmitočty c 0 = f 20 17m 100 3,4m cm 1k 34cm 2k 17cm 5k 6,8cm 10k 3,4cm 20k 1,7cm 50k 6,8mm oblst hluku oblst řeči oblst perkusních signálů

17 Vlnová rovnice (lineární) Předpokldy (zvádějí omezující podmínky!!!): - prostředí je spojité, stlčitelné, homogenní, izotropní, neviskózní (bez ztrát), v klidu - výchylky všech veličin jsou mlé (linerizce úlohy) - kustické pole se předpokládá z nevírové (pole je grdientní) - kustické děje jko dibtický termodynmický děj tedy vše LINEÁRNÍ AKUSTIKA

18 Tři výchozí rovnice - Eulerov (2. Newtonův zákon) - kontinuity (zákon zchování) - stvová (dibtický zákon) Zvedeme veličinu rychlostní potenciál v grd( ) (pro jednoduchost výpočtů, nemá fyzikální význm)

19 Vlnová rovnice pltí pro rychlostní potenciál kustický tlk kustickou rychlost (le jen jko vektor!!!) změny hustoty z rychlostního potenciálu se jednoduše vypočte osttní p 0 t v grd( )

20 Prktická řešení vlnové rovnice v krtézských souřdnicích jkx jkx jt Ae Be e ve sférických souřdnicích A r e jkr t e j v cylindrických souřdnicích A kr e jkr e j 4 e j t kde grd( = v (definice rychlostního potenciálu z kustické rychlosti k vlnové číslo)

21 Fyzikální veličiny používné v kustice kustický tlk p [P] kustická rychlost v [m/s] rychlost šíření c [m/s] rychlostní potenciál [m 2 /s] hlvně pro výpočty objemové posunutí [m 3 ] objemová rychlost W [m 3 /s] dále intenzit, energie, výkon.

22 Elektrokustické elektromechnické nlogie cíl: njít metodu, pomocí které by bylo možno nlyzovt kmitjící soustvy v tuhé nebo plynné fázi z použití obvodových náhrd Model se soustředěnými prmetry pltí pro soustvy, jejichž největší rozměr je mnohem menší, než vlnová délk!!!

23 dt di u L dt dv F m dt dw m p dt dq i dt d v dt d w idt C C q u 1 vdt c c F 1 wdt c c p 1 Ri u v r F m w r p

24 Elektromechnické nlogie Symbolická schémt pomocí tří zákldních prvků modelují mechnickou kmitjící soustvu

25 Trnsformční prvek - pák Trnsformuje sílu rychlost z jednoho bodu rmene n druhý bod l F l F l l v v l l v F v F Z Z m m

26 Elektro-kustické nlogie prvky: kustický rezistor kustický inertor kustický elstor (vlstnost kustický odpor) (vlstnost kustická hmotnost) (vlstnost kustická poddjnost) trnsformce změnou průřezu píst přechod mechnicko-kustický

27 Akustická impednce Specifická impednce Mechnická impednce Z Z S Z m p W p v F v Vzth mezi kustickou, specifickou mechnickou impedncí: Z p W F p Z S S Z v. S S v. S S m 2

28 Akustická poddjnost vlstnost uzvřených objemů objem V 0 je uzvřen pístem s plochou S, který kmitá s výchylkou y y dv dy.s d S

29 Předpokládáme dibtickou stvovou změnu (zvádí omezující podmínky!! = dolní mezní kmitočet, dný tepelnou vodivostí přiléhjících soustv jejich geometrií) dv V p dp dv V p p V dp konst V p p

30 d dp V 0 p 0 c kustická poddjnost uzvřeného objemu V 0 (npříkld pro modelování objemu uzvřené ozvučnice)

31 Akustická hmotnost Trubice (kpilár, průduch,.) délky l, průřezu S Z jm Z S m 2 jm 2 S tedy m m Sl 2 2 S S l S

32 Zpočtení spolukmitjícího vzduchu n otevřeném konci: l l 0 8R 2 * 3 V přípdě krátkých útvrů může druhý člen dominovt (ntržená membrán)

33 Akustický odpor Akustický odpor je definován vzthem p = r w Vychází z viskózních ztrát v plynu, tepelné vodivosti plynu z relxčních ztrát r 8l 4 3 R 12l r bh

34 Helmholtzův rezonátor

35 Přechod mezi mechnickou kustickou soustvou F v p = F/S w = v.s píst s plochou S působí n něj síl F kmitá hrmonicky rychlostí v d d S w S S. v dt dt

36 Trnsformce mechnické kustické impednce Z p w F S Z v. S S m 2 veličiny (p, w, F, v, ) se trnsformují přes S prvky (impednce) přes S 2 model pomocí ideálního trnsformátoru