Transcript MiGK

Multimedia
i grafika
komputerowa
Istota dźwięku
• Dźwięk – zaburzenie falowe ośrodka
sprężystego (np. powietrza, wody) wywołujące
wrażenie słuchowe. Instrument muzyczny jako
źródło dźwięku wytwarza cykliczne zmiany
ciśnienia powietrza, które są odbierane przez
zmysł słuchu jako dźwięk. Zwiększone ciśnienie
to zagęszczenie powietrza, a zmniejszone
ciśnienie to jego rozrzedzenie.
• Muzyka – zbiór dźwięków – fal emitowanych np.
przez głośnik.
• Fale dźwiękowe (akustyczne) – zaburzenie
ośrodka (np. powietrza) przemieszczające się w
kierunku od źródła dźwięku. Jeśli źródło dźwięku
ustanie, ustaną również wibracje powietrza,
wówczas fala dźwiękowa się rozproszy, ciśnienie
powietrza ustabilizuje, a dźwięk zaniknie. Fala
dźwiękowa, poruszając się w ośrodku, wytraca
swoją energię, z czasem więc zanika.
Od źródła dźwięku do ludzkiego ucha
przemieszcza się fala dźwiękowa, a nie powietrze.
• Propagacja – parametr dźwięku, czyli
rozprzestrzenianie się zagęszczonych i
rozrzedzonych fal dźwiękowych w kierunku od
źródła dźwięku. Jeśli źródło zaburzenia ma
charakter cykliczny mówi się o propagacji fali.
Prędkość propagacji zależy od właściwości
fizycznych środowiska, w którym dźwięk się
rozprzestrzenia (gęstość, sprężystość).
W cieczach i ciałach stałych propagacja się
zwiększa, natomiast w materiałach
tłumiących, np. gumie, maleje.
Środowisko propagacji
Wartość propagacji [m/s]
Powietrze
340
Woda
1500
Drewno
4000
Żelazo
5000
Próżnia
0 (nie występuje z powodu braku ośrodka)
• Amplituda fali dźwiękowej – zmiany ciśnienia
dla każdego zagęszczenia lub rozrzedzenia w
czasie.
Właściwości dźwięku
Właściwości fizyczne
Właściwości
psychoakustyczne
Częstotliwość drgań
Wysokość dźwięku
Natężenie
Głośność
Widmo
Barwa
• Częstotliwość – Liczba docierających do
ludzkiego ucha szczytów i dolin fali
dźwiękowej w określonym czasie. Przez
człowieka słyszana jako wysokość dźwięku.
Człowiek słyszy fale dźwiękowe z zakresu 1622 000 Hz (22kHz).
Fale poniżej 16 Hz to infradźwięki, a fale
powyżej 22 kHz to ultradźwięki.
• Wysokość dźwięku – zależy od częstotliwości.
Dźwięki wysokie to dźwięki o dużej
częstotliwości drgań, natomiast dźwięki niskie
o małej częstotliwości drgań.
Dźwięki niskie
16 – 300 Hz
Dźwięki średnie
300 – 3000 Hz
Dźwięki wysokie
3000 Hz – 22 kHz
• Natężenie dźwięku – ilość energii , którą niesie
fala dźwiękowa przepływająca w jednostce
czasu przez jednostkę powierzchni
prostopadłą do kierunku rozchodzenia się fali.
Źródłem energii fal dźwiękowych jest źródło
dźwięku, czyli układ drgający.
• Głośność – subiektywne , zależne od
indywidualnych cech każdego człowieka,
odczucie jakie wywołuje natężenie dźwięku.
• Widmo dźwięku – suma częstotliwości
składowych dźwięku złożonego, czyli tonów.
Częstotliwość najniższa nazywana jest
podstawową – określa ona wysokość dźwięku.
Częstotliwości wyższe nazywane są
przytonami. Widmo dźwięku najczęściej
przedstawiane jest jako wykres:
- widmo prążkowe
- widmo ciągłe
- widmo trójwymiarowe
• Barwa dźwięku – połączenie energii
składowych dźwięku i zależy od częstotliwości
składowych dźwięku oraz ilości energii każdej z
częstotliwości.
Dzięki zróżnicowaniu barw możliwe jest
odróżnianie poszczególnych głosów i
instrumentów.
Istota dźwięku cyfrowego
• Digitalizacja – zamiana dźwięku analogowego
na cyfrowy.
• Przetwornik dźwięku – urządzenie
zamieniające jeden rodzaj energii na drugi.
Zamienia fale dźwiękowe na sygnał
elektryczny i odwrotnie (np. mikrofon,
słuchawka, głośnik). Sygnały elektryczne mogą
być przekształcane w dane numeryczne, które
można obrabiać i przesyłać za pomocą
komputerów.
Dźwięk analogowy to zmieniający się w
sposób ciągły sygnał elektryczny
reprezentujący zmiany ciśnienia powietrza
tworzące dźwięk. Zapisywane jest na taśmie
magnetycznej. Wadą jest podatność na
zakłócenia i utratę jakości podczas transmisji i
kopiowania oraz ograniczenie przetwarzania.
Znacznie większe możliwości edycji i obróbki
daje dźwięk cyfrowy.
Dźwięk cyfrowy – przetworzenie zmiany
ciśnienia powietrza na postać elektryczną, a
następnie numeryczną.
Przetwornik analogowo-cyfrowy A/D (Analog
to Digital) służy do przekształcenia ciągłego
zakresu napięcia analogowego na postać
numeryczną w urządzeniach cyfrowych.
Przetwornik cyfrowo-analogowy D/A –
odwrotnie.
Oba te przetworniki to jedno urządzenie –
konwerter AD/DA np. w karcie dźwiękowej.
Schemat przekształcanie dźwięku na postać
cyfrową
dźwięk
(ciśnienie powietrza)
dźwięk analogowy
(sygnał elektryczny)
dźwięk cyfrowy
(postać numeryczna)
Konwersja dźwięku z postaci
analogowej na postać cyfrową
Podczas konwersji sygnał jest poddawany
próbkowaniu (sampling). Fala dźwiękowa jest
podzielona na pojedyncze punkty, zwane
próbkami, a próbkowanie polega ma pomiarze
w równych odstępach czasu poziomu sygnału
(amplitudy).
Jakość konwertowanego dźwięku zależy od
częstotliwości próbkowania i rozdzielczości
bitowej.
Częstotliwość próbkowania (sampling rate) –
informuje jak często przetwornik analogowocyfrowy mierzy poziom sygnału.
Częstotliwość próbkowania jest mierzona w
hercach na sekundę (Hz/s), jeśli np. w ciągu 1
sekundy jest pobranych 10 próbek, to
częstotliwość próbkowania wynosi 10 Hz.
Częstotliwość dźwięku cyfrowego jest
podawana w kilohercach (kHz).
Ponieważ częstotliwość próbkowania musi być
co najmniej dwa razy większa niż maksymalna
częstotliwość sygnału próbkowanego,
przyjętym standardem, który nie powoduje
zniekształceń dźwięku jest 44,1 kHz.
Tak są próbkowane np. płyty CD.
Rozdzielczość bitowa – oznacza dokładność
reprezentowania próbki w postaci liczbowej.
Określa liczbę bitów opisujących każdą próbkę
dźwięku. Zależy od możliwości przetwornika.
Stosowane są 16- i 24-bitowe przetworniki.
Dźwięk 8 bitowy składa się z 256 możliwych
poziomów dźwięku, 16 bitowy z 65 536
poziomów, a 24 bitowy z 16 mln poziomów.
Płyta CD – rozdzielczość 16 lub 24 bitowa,
przetwarzanie i miksowanie dźwięków
rozdzielczość 32 bitowa.
Zakres dynamiki dźwięku – różnica głośności
między dźwiękiem najcichszym a
najgłośniejszym w sygnale audio (dB).
Muzyka zapisana na płycie CD z rozdzielczością
16 bitową ma zakres dynamiki ok. 96 dB.
Często w wyniku kompresji dynamiki zakres
wynosi tylko 12 dB.
Kompresja dynamiki to wyrównywanie różnic
głośności sygnału dźwiękowego.
Prędkość bitowa (bitrate) – jeden z głównych
parametrów kompresji dźwięku. Określa liczbę
bitów na sekundę, z jaką komputer odczytuje
dane. Im większa prędkość bitowa, tym lepsza
jakość dźwięku, ale jednocześnie większy
rozmiar plików. Jednostką miary jest bit na
sekundę (b/s). Standardowa prędkość bitowa
utworów na CD wynosi 128 kb/s.
Prędkość bitowa określa również
przepływowość, czyli szybkość transmisji np.
przesyłu plików w Internecie.
Prędkość bitowa [kb/s]
Jakość dźwięku
64 kb/s
Pliki MP3 zgrywane z kaset
96 kb/s
Radio FM
96 – 112 kb/s
Pliki Mp3
128 kb/s
Płyty CD
192 kb/s
Muzyka wysokiej jakości
256 kb/s
Nagrania studyjne
Kompresja dźwięku
• Kompresja bezstratna
• Kompresja stratna
Kompresja stratna polega na usunięciu z
materiału źródłowego mniej istotnych
informacji, takich których człowiek nie słyszy.
Stosunek rozmiaru pliku nieskompresowanego
do rozmiaru pliku skompresowanego jest
nazywany stopniem kompresji. Jakość dźwięku
i rozmiar pliku zależy od stopnia kompresji.
Jest to proces nieodwracalny.
Formaty kompresji plików audio
•
•
•
•
PCM
ADPCM
CIRC
Ogg Vorbis
Kodery – dekodery audio (kodeki)
Programy do kodowania i dekodowania
zawartości plików audio wg określonej
metody. Kodowanie polega na zmianie zapisu
danych audio, umożliwia zmniejszenie
objętości pliku - kompresję. Aby odtworzyć
zakodowane informacje należy poddać je
dekodowaniu. Służą do tego kodery-dekodery
audio.
Formaty plików audio
Format pliku określa sposób kodowania, zapisu,
przechowywania i odczytu danych cyfrowych.
Pliki dźwiękowe składają się z nagłówka (header) i
właściwego strumienia danych. Nagłówek zawiera
informacje dotyczące formatu pliku, liczby
kanałów, częstotliwości próbkowania,
rozdzielczości bitowej, metody i stopnia
kompresji, czasu trwania, tytułu utworu, nazwy
albumu czy autora.
Właściwy strumień danych zawiera dźwięk
zapisany w określonej postaci, np. kodu PCM.
Formaty plików audio
•
•
•
•
•
•
•
•
WAV
AIFF
MP1
MP2
MP3
MP3Pro
NeXT/Sun
CD-Audio
•
•
•
•
•
•
•
•
SACD
DVD-Audio
RealMedia
WMA
AAC
FLAC
QuickTime
MIDI
Zgrywanie muzyki z płyt CD-DVD
Do zgrywania muzyki z płyt można posłużyć się
specjalnymi programami zwanymi riperami
(rippers) sczytującymi strumienie danych, np.
PCM, zapisanych metodą CIRC.
Darmowy program BonkEnc (www.bonkenc.org)
służy do ripowania, kodowania i konwersji
plików muzycznych na różne formaty.
Inny program to Easy CD-DA Extractor
(www.poikosoft.com).
Za pomocą odpowiednich narzędzi możemy
muzykę nagrywać na płyty CD, kopiować płyty
audio CD, nagrywać obraz dysku, edytować
dźwięk.
Znajdź dwa darmowe programy do edycji i
konwersji audio. Napisz jakie mają możliwości.