VLASTNOSTI ZVUKU A ZVUKOVÝCH ZÁZNAMŮ Hana Hoffmanová, David Krejbich
OBSAH PREZENTACE Definice a šíření zvuku Zdroje zvuku Vlastnosti zvuku Dělení zvukových záznamů Zajímavosti
DEFINICE ZVUKU Zvuk = mechanické vlnění v látkovém prostředí, vyvolávající zvukový vjem Akustika = věda zabývající se ději spojenými se vznikem, šířením a vnímáním zvuku Slyšitelnost obvykle v rozsahu 16 Hz až 16 000Hz < 16 Hz = infrazvuk > 16 khz = ultrazvuk Rozdělení zvuku Zvuky nehudební = hluk Zvuky hudební = tóny
INFRAZVUK Nižší než 16 Hz K dorozumívání např. mezi slony V mořských a přímořských oblastech, proudění vody, uragány, zemětřesení 2 překážky vakuum a dostatečná vzdálenost Polární záře
ULTRAZVUK Vyšší než 16kHz V přírodě delfíni, netopýři Lékařská diagnostika Defektoskopie v průmyslu Zkoumání mořského dna, polohy ledovců
ZDROJ ZVUKU Zdroj zvuku= zdroj zvukového vlnění Pro šíření nutné pružné prostředí Vakuum je dokonalou zvukovou izolací Každé chvějící se těleso zdrojem zvuku Zdroj nemusí být těleso kmitající vlastními kmity, ale může to být těleso kmitající kmity vynucenými Zařízení pro generování nebo reprodukci zvuku
RYCHLOST ZVUKU Závísí na teplotě Ve vzduchu za standardních podmínek (0 C ): 331,82 m/s V mořské vodě 1 500 m/s V oceli 5 000-6 000 m/s
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
HLUK Nehudební zvuk Nepravidelné vlnění vznikající jako složitější nepravidelné kmitání těles nebo krátké nepravidelné rozruchy Také využívány v hudbě např. bicí Více než 75 db škodí Hluk nad 100 db vnímán jako bolest Nad 140 db dochází při jednorázovém působení i ke sluchovému poškození, protržení bubínku.
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)
ZVUKOVÉ ZÁZNAMY DĚLENÍ 1. Digitalizovaný záznam získán vzorkováním a kvantováním Bez komprese (WAV) S kompresí ztrátová komprese (MP3, Real Audio, WMA, Vorbis, AAC, AC3, DTS) bezztrátová komprese (FLAC, AAC Lossless, WMA9 Losseless) 2. MIDI
JAK FUNGUJE BEZEZTRÁTOVÁ KOMPRESE Petr požádal Petru o ruku. Petra však Petra odmítla a Petr nevěděl, jestli ji má požádat později znova. Čeho si všimneme?
JAK FUNGUJE BEZEZTRÁTOVÁ KOMPRESE Petr požádal Petru o ruku. Petra však Petra odmítla a Petr nevěděl, jestli ji má požádat později znova. Opakující se (redundantní) slova Použijeme Lempelův a Zivův přizpůsobivý slovníkový postup Slovo Výskyt Kódové slovo Petr 2x 1 Petra 2x 2
JAK FUNGUJE BEZEZTRÁTOVÁ KOMPRESE 1 požádal Petru o ruku. 2 však 2 odmítla a 1 nevěděl, jestli ji má požádat později znova. Původně: 103 znaků Nyní: 100 znaků Jiný postup Posloupnost Výskyt Kódové slovo Petr 5x 1 _požáda 2x 2
JAK FUNGUJE BEZEZTRÁTOVÁ KOMPRESE 12l 1u o ruku. 1a však 1a odmítla a 1 nevěděl, jestli ji má2t později znova. Původně: 109 znaků Nyní: 89
BEZ KOMPRESE WAV Waveform Audio Format 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)
BEZZTRÁTOVÁ KOMPRESE FLAC Otevřený formát Princip jako komprimační formáty RAR/Zip Velikost nového souboru asi 60% z původního Vysoká kvalita
BEZZTRÁTOVÁ KOMPRESE AAC Lossless Rozšíření standardu MPEG-4 Part 3 Přirovnáván k FLAC.m4a WMA 9 Lossless Až 6 kanálů Komprese 1,7:1 3:1
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 kvalita záznamu určena kompresním poměrem velká komprese = malý soubor a nízká kvalita zvuku malá komprese naopak
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)
ZTRÁTOVÁ KOMPRESE OGG Vorbis Svobodný, open source Původně náhrada za MP3 Kvalita jako WMA, i vícekanálový zvuk
ZTRÁTOVÁ KOMPRESE AAC Následovník MP3 Patentován skupinou MPEG Obrovský rozsah bitrate Pokročilý kodek
ZTRÁTOVÁ KOMPRESE AC3 Pro DVD, následník DolbyStereo Špatný 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
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
ZAJÍMAVOSTI Zvuk se šíří čtyřikrát rychleji ve vodě než ve vzduchu. Poslouchá-li člověk příliš dlouho hlasité zvuky, poškozuje si sluch. Proto si lidé, kteří pracují v hlučném prostředí, sluch chrání chrániči. Ze všech zvířat vydává nejhlasitější zvuky modrá velryba. Její hlasitost byla zachycena až do vzdálenosti 850 km. Ne všichni živočichové poslouchají ušima. Například kobylka zelená slyší nohama. Mává s nimi tak, aby slyšela, odkud zvuk jde.
ZAJÍMAVOSTI Ryby poslouchají zvuky celým tělem. Netopýři používají zvuk k orientaci v prostoru. Vysílají vysoké písklavé zvuky a zachycují jejich odraz od různých předmětů. Říkáme tomu echolokace. Velryby stejným způsobem poznají v moři, jaké objekty jsou kolem nich. Echolokace se používá i k testování materiálu. Například k testům v letadlech, zda v kovu nejsou trhliny.
ZAJÍMAVOSTI Test sluchu 20 Hz - 20 000 Hz v jedné minutě https://www.youtube.com/watch?v=4nuknvl8mqw Nejvyšší zazpívaný tón https://www.youtube.com/watch?feature=player_detai lpage&v=kdp4nhwr7g8#t=128 Jak rozbít hlasem skleničku https://www.youtube.com/watch?v=z6oqpb07x3o Viditelný zvuk https://www.youtube.com/watch?v=9xtqd44q9wa https://www.youtube.com/watch?v=3zotkxxnqiu
ZAJÍMAVOSTI Jak daleko je bouřka? Blesk vyvolává dva jevy, světelný záblesk a zvukové zahřmění Světlo blesku se šíří rychlostí 300 000 km/s, zvuk hromu rychlostí jen 340 m/s Blesk vidíme hned, zvuk hromu slyšíme později Měříme v sekundách dobu, která uplyne mezi bleskem a zahřměním, a tento údaj dělíme třemi (výsledek v km)
Děkujeme za pozornost