referaty.sk – Všetko čo študent potrebuje
Marína
Nedeľa, 8. decembra 2019
Zvuk a vzorkovanie
Dátum pridania: 06.08.2007 Oznámkuj: 12345
Autor referátu: cigan
 
Jazyk: Slovenčina Počet slov: 1 541
Referát vhodný pre: Stredná odborná škola Počet A4: 4.7
Priemerná známka: 2.95 Rýchle čítanie: 7m 50s
Pomalé čítanie: 11m 45s
 
Digitálny zvuk
Zvuk je pozdĺžne mechanické vlnenie s istou vlnovou dĺžkou a teda odpovedajúcou frekvenciou, s istou farbou a intenzitou (hlasitosťou). Zvuk je spojitá - analógová informácia. Harmonický zvuk (napr. komorné "a") môžeme znázorniť sinusoidou. Počítače však vedia spracovávať len digitálne informácie.
Prevod zvuku z analógovej podoby do digitálnej zabezpečuje A/D - analógovo - digitálny prevodník. Najrozšírenejšia forma kódovania je pulzná kódová modulácia - PCM. Než sa z analógového signálu stane PCM zvuk, musí najprv prejsť vzorkovaním, kvantovaním a kódovaním.
VZORKOVANIE: Vzorkovač zaznamenáva aktuálne hodnoty analógového signálu v pravidelných intervaloch s istou frekvenciou napr. pri frekvencii 10kHz sa zaznamená hodnota signálu 10 000 krát za sekundu. Vyniká signál PAM - pulzná amplitúdová modulácia.

Vzorkovacia frekvencia (Sampling rate)
Aby sa dal vzorkovaný signál PAM pri reprodukcii plne zrekonštruovať, musí byť splnené tzv. "Nyquistovo kritérium" : frekvencia, ktorou sa vzorkovanie prevázda, musí byť aspoň 2-krát vyššia ako frekvencia pôvodného signálu. Ak je počuteľný zvuk od 16 - 20 000Hz, tak vzorkovacia frekvencia musí byť aspoň 40kHz. V praxi sa vzorkuje s 10% navýšením, preto sa používa vzorkovacia frekvencia 44,1kHz.
KVANTOVANIE: Kvantovaním sa namerané hodnoty "zaokrúhľujú" na najbližšiu úroveň amplitúdy každej vzoky , preto má digitálny signál na rozdiel od analógvého schodovitý priebeh.

KÓDOVANIE: Pri kódovaní zvuku hudobného CD sa používa 16 bitové kódovanie - t.z že každú vzorku zakódujeme 16 - ticou jednotiek a núl - všetkých možných napäťových úrovní signálu teda môže byť 216=65536 (hovor v telefóne je kódovaný 8 bitmi - rozlišuje 256 napäťovýh úrovní). V prípade stereofónneho signálu sa používajú 2 kanály a výstupom sú 2 prúdy digitálnych hodnôt. Pre porovnanie uvádzame nasledujúcu tabuľku:
Kvalita digitálneho záznamuvzorkovacia frekvenciarozlišenie, kanály
Telefóna kvalita11 025Hz8 bit - mono
Rozhlasová kvalita22 050Hz8 bit - mono
CD kvalita44 100Hz16 bit - stereo
DVD kvalita192 000Hz24 bit - 5.1 surround sound

PRÍKLAD: Ak chceme zakódovať 1 minútu stereo nahrávky s použitím vzorkovacej frekvencie CD kvality, tak takýto PCM zvuk bude zaberať 60x2x44100x16 bitov čo je asi 10MB pamäte.
Čím je vyššia vzorkovacia frekvencia, tým kvalitnejší zvuk získame. Doteraz najkvalitnejší zvuk v CD kvalite so vzorkovacou frekvenciou 44,1kHz, 16bit stereo je prekonaný formátom DVD-Audio, kde vzorkovaia frekvencia je až 192kHz s 24 bitovým rozlíšením.

WAW
Zvukové záznamy uložené vo formáte wav obsahujú všetky informácie nutné pre CD kvalitu nahrávky. Ak meranie napäťových úrovní analógového signálu prebehlo približne 44000 krát, tak na osi y vznikne nameraných okolo 65000 rôznych hodnôt. Z toho dôvodu minútová nahrávka zaberá viac ako 10MB pamäte. Tento formát preto nie je vhodný pre prenos po sieti. V tejto kapitole sa skôr zameriame na formáty vhodné na web - midi a mp3.
Stratová kompresia dát Mp3
Obľúbené "mp3-ky"
Tento formát vznikol pred 15 rokmi a jeho spopularizovanie spôsobil nárast výkonnosti počítačov a komercializácia internetu, na internete sa objavili sharewarové aj freewarové enkodery a dekódery - tzv. grabery.

STRATOVÁ KOMPRESIA - MP3 kompresia funguje na princípe znalostí psychoakustiky, využíva nedokonalosť ľudského sluchu. Naše ucho napr. nie je schopné začuť niektoré nízke tóny, ak sú prekryté vyššími, silnejší signál prekrýva slabší signál. Zjednodušene možno povedať, že v mp3 sa zložky zvuku, ktoré by sme aj tak nepočuli, vymažú. Kompresia odstráni pri prepočte práve tieto signály. Celý proces je samozrejme zložitejší, ale toto je základ komprese formátu mp3.

O výhodách kompresie nás presviedča hlavne veľkosť výsledného súboru. Základná veličina, ktorá ovplyvnňuje kvalitu mp3 súboru je tzv. bitrate - rýchlosť dátového toku (udáva sa v jednotkách kbps - kilobit za sekundu). Čím je bitrate vyšší, tým je lepšia kvalita. U AUDIO CD je bitrate 1,4Mbps, súbor mp3 s kvalitou považovanou za vyhovujúcu má bitrate 128kbps. Porovnajte údaje v nasledujúcej tabuľke:
Forma záznamuDĺžka záznamu - min:sVeľkosť záznamuKoeficient MB/minPomer k originálu
wav kópia audio stopy z CD nosiča2 : 3226,95 MB10,641 : 1
mp3 CD kvalita 128 kbps2 : 322,45 MB0,971 : 11
mp3 takmer CD kvalita 80 kbps2 : 321,54 MB0,611 : 18
mp3 rádio kvalita 64 kbps2 : 321,23 MB0,481 : 22
Viackanálová reprodukcia
Viackanálová reprodukcia je vtedy, keď signál, ktorý prenáša hudbu je rozdelený do viacerých kanálov. Sú oddelené stredy, Basy a výšky.

ANALÓGOVÉ (výchádzajú z "kinového" DOLBY STERO):

DOLBY SURROUND:

- (1982) - 3 kanál. Ľ, P, zadný efektový
- zadný zo zmenšenou kmitočt. charakt. (0.1-7) kHz obvykle prenášaný 2 reprosústavami

DOLBY SURROUN PROLOGIC

- Ľ, stred., P, zadný efekt. (vylepš. predošlé)
- princíp maticového kódovania
- môže byť na všet. nosičoch (VIDEO, CD, LD, DVD,...)

DOLBY SURROUND PROLOGIC II.

- vylepš. predošlé
- 6 kanálov - 3 predné, 2 zadné, SUBWOFFER
- maticové kódovanie z lepš. odstup. S/Š

DIGITÁLNE FORMÁTY:

PCM (Pulse Code Modulation)

- zákl. typ nekomprimov. stereo označenia
- 1.4 Mbit/s - na CD vzorkovanie 44.1 alebo 48 kHz / 16 bit.
- na DVD vzork. 192 kHz / 24 bit.

DOLBY DIGITAL

- "hlavný formát" ovládol kiná i DVD (AC3 - Audio Codec 3)
- 6 kanál: Ľ, S, P, ĽZ, PZ, Subw. (5.1)
- 384kb/S - redukcia dát - strátová kompresia 20 Mz - 20 kHz (okrem SWF)

MPEG-1 Audio

- na všetkých DVD
- 192 kb/s stereo
- kompatibilný s anológ. formátmi (môže sprostredkovať digitálne aj DOLBY PROLOGIC)

MPEG-2 Multickannel (Motion Picture Expert Group)

- málo (obchodne) používaný
- digitálny komprimovaný formát (ako predošlé)
- konfigur. 5.1 alebo dokonca 7.1 kanálov

DTS (Digital Theater System)

- najkvalitnejší, zatiaľ málo používaný systém domác. kina
- redukčný algoritmus Coherent Acoustics (vyspelejší ako DD)
- 192 kHz samplovanie (24-bit. hĺbka)
- vyšší datový tok 1440kb/s u DTS (oproti 384kb/s u DD)
- existuje i schválená varianta 5.1 iba s 768kb/s

SDDS (Sony Digital Dynamic Sound)

- 5 predných, 2 zadné reproduktory, 1 subwoffer
- zatiaľ sa veľkého rozšírenia nedočkal (a asi sa ani nedočká)

Dolby Digital EX, DTSEX a THX Surround EX

- 3 kanály vpredu, 3 vzadu + SW
- centrálny zadný je maticovo zakódovyný do Ľ a P kanálu
- niekedy sa označ. 7.1 i keď má len 6+1 kanálov, lebo zadný stred je reprodukovaný 2 sústavami.
Mikrofón
V mikrofóne sa mení mechanické kmitanie na elektrické. Mikrofón je založený na princípe elekrtomagnetickej indukcie (vytvorenie elektrického napätia). Membrána na povrchu je prepojená s cievkou, ktorá je v magnetickom poli trvalého magnetu (typický magnet...). Na membránu dopadá zvukové vlnenie. To sa prenáša na vodič, v ktorom sa indukuje striedavé napätie s rovnakým časovým priebehom, ako akustické (kmitajú zhodne).
Reproduktor
Reproduktor je elektromechanické zariadenie, ktoré mení elektrickú energiu na mechanickú energiu v podobe zvuku. Reproduktor využíva spätný princíp elektromagnetu. Nazýva sa aj elektroakustický menič.

V širšom zmysle sa ako reproduktor označuje sústava, ktorá pozostáva z elektroakustického meniča spojeného s akustickým zariadením, na zosilnenie a/alebo usmernenie zvuku.

Zvuk a jeho šírenie je mechanická záležitosť - je to kmitanie častíc vzduchu alebo iného média (voda, oceľ atď.). Z toho je zrejmé, že pri vákuu nedôjde k jeho šírení.

Princíp

Reproduktor využíva základný princíp elektromagnetizmu. Pracuje na princípe vzájomného pôsobenia síl magnetického poľa trvalého magnetu s magnetickým poľom cievky, ktorou preteká striedavý prúd.

Zloženie
• kôš - tvorí nosnú časť reproduktora, je na ňom uchytená membrána (zvyčajne gumou)
• membrána - šíria sa ňou akustické vlny do prostredia, má kužeľovitý tvar
• cievka - navinutá na membráne, spôsobuje kmitanie membrány
• magnet - statický, stály magnet
• kontakty - prívod elektrickej energie

Kmitanie cievky závisí len od veľkosti a charakteru privedeného signálu. Je známe, že pri pretekaní striedavého prúdu cievkou vzniká v jej okolí magnetické pole - takto to je aj pri reproduktorovej cievke, pretože zvukový signál sa v čase mení. Signál môže byť hudobný (nepravidelný) alebo aj tzv. sínusový (pravidelný). Pohyb membrány s cievkou je dôsledkom odpudzovania a vťahovania dvoch magnetických elementov:

1. elektromagnetické pole vytvorené dostatočným hudobným signálom privedeným do cievky

2. statickým, stálym magnetom obkolesujúcim cievku membrány

Každá cievka (a reproduktor) má určený maximálny výkon (príkon). Ak veľkosť privedeného signálu presiahne maximálny možný výkon reproduktora, dochádza k veľkému skresleniu zvuku a stáva sa pre ľudské ľudské ucho dráždivý. V horších prípadoch môže nastať porušenie cievky, ktoré je však možné napraviť jej previnutím.
 
Copyright © 1999-2019 News and Media Holding, a.s.
Všetky práva vyhradené. Publikovanie alebo šírenie obsahu je zakázané bez predchádzajúceho súhlasu.