Yleistä. Digitaalisen äänenkäsittelyn perusteet. Tentit. Kurssin hyväksytty suoritus = Harjoitustyö 2(2) Harjoitustyö 1(2)

Transkriptio

1 Yleistä Digitaalisen äänenkäsittelyn perusteet Jouni Smed syksy 2006 laajuus: 5 op. (3 ov.) esitiedot: Java-ohjelmoinnin perusteet luennot: keskiviikkoisin salissa β perjantaisin salissa β kurssin kotisivu: Kurssin hyväksytty suoritus = 1. Ilmoittautuminen mennessä 1. ilmo/ 2. Hyväksytty harjoitustyö 3. Hyväksytty tentti Tentit tenttipäivät , sali β, klo 12:00 14:00 14:00 (luentotentti) 2. tammikuussa helmikuussa 2007 varmista tenttiaika ja -paikka muista ilmoittautua ajoissa! Harjoitustyö 1(2) yksin tai ryhmäss ssä tehtävät julkaistaan viikolla 46 palautettava mennessä arvostelu hylätty, 1 51 lineaarinen tenttibonus: 1 ei korotusta 5 yhden arvosanan korotus Harjoitustyö 2(2) tehtäviss vissä udacity-ohjelmistolla saatavana vapaasti alustana Windows, Mac OS X tai Linux/Unix tai muulla vastaavalla äänity nityökalulla esim. SoundForge, dobeudition (c) Jouni Smed 1

2 Kurssin luentoaikataulu Luento Pvm ke pe ke ke Voimakkuuteen kohdistuvat operaatiot 2(2) pe Taajuuteen kohdistuvat operaatiot ke ikaan kohdistuvat operaatiot pe altomuotoon kohdistuvat operaatiot ke Javan ääniohjelmointi 1(3) pe pe ihe Johdanto 1(2) Johdanto 2(2) pe Luentotentti Voimakkuuteen kohdistuvat operaatiot 1(2) Javan ääniohjelmointi 2(3) Javan ääniohjelmointi 3(3) Tavoitteet teoreettinen: ymmärtää äänenkäsittelyyn liittyviä käsitteitä mitä voidaan tehdä käytännöllinen: ymmärtää operaatioiden vaikutus ääneen mitä pitää tehdä Mitä ei käsitellä ainakaan syvällisesti äänentoistoa akustiikkaa äänittämistä musiikintekoa MIDIä signaaliprosessointia tiivistämistä tiedostoformaattien esitysmuotoa Kurssin rajapinnat DÄP Sisällys 1(3) 1. Perusteita 1. Äänen fysiikkaa 2. Psykoakustiikka 3. Äänen syntetisointi 4. Samplaus ja kvantisointi 5. Tiedostoformaatit Sisällys 2(3) 2. Äänenkäsittelyoperaatiot 1. Voimakkuus 2. Taajuus 3. ika 4. altomuoto 5. Operaatioiden ketjuttaminen (c) Jouni Smed 2

3 Sisällys 3(3) 3. Javan ääniohjelmointi 1. java.applet 2. javax.sound.sampled Lähde- ja lisämateriaalia Curtis Roads: The Computer Music Tutorial,, The MIT Press, 2000 Esa Blomberg & ri Lepoluoto: udiokirja, Tapiolan viestintäsuunnittelu, 1991 J. Pekka Mäkelä: Kotistudio,, 2. painos, Like-kustannus, kustannus, Äänen fysiikkaa ääni = väliaineessa etenevä mekaaninen värähtely (aaltoliike), joka saa aikaan kuuloaistimuksen Ääniaalto p p 0 äänilähde väliaine havaitsija tihentymä (ylipaine) harventuma (alipaine) altomuoto jaksollinen aaltomuoto kohina Taajuus (frequency( frequency) taajuus, f: : aaltojen lukumäärä aikayksikköä kohti yksikkö: hertsi, Hz = 1/s t (c) Jouni Smed 3

4 allonpituus ja amplitudi Äänen spektri aallonpituus, λ: vastaavien pisteiden etäisyys peräkkäisissä aalloissa amplitudi, : värähdysliikkeen laajuus λ λ t f t f Vaihe (phase( phase) Äänen nopeus v = f λ riippuu: väliaineesta lämpötilasta ilmassa: 10ºC: 325 m/s +10ºC: 337 m/s +20ºC: 343 m/s eri väliaineissa: vesi: 1480 m/s lasi: 5200 m/s teräs: m/s puu: m/s CO 2 : 259 m/s He: 965 m/s Äänen mittayksiköitä ääniteho, P watti, W mittaetäisyys 1 m äänen intensiteetti, I = P/ teho pinta-alayksikköä alayksikköä kohti äänenpaine, p = F/: pascal, Pa = N/m 2 mittaetäisyys 1 m Desibeli (db) ilmaisee: kahden suureen keskinäistä suuruutta suureen arvoa suhteessa johonkin vertailutasoon kahden äänitehon tai intensiteetin suhde: L = 10 log 10 (I 1 /I 0 ) db missä I 0 on viitetaso huom! mitta- asteikko on logaritminen (c) Jouni Smed 4

5 Desibeli äänen mittana usein viitetasona käytetään ihmisen kuulokynnystä: I 0 = W/m 2 ihmisen kuuloaistimus on logaritminen 3 db:n muutos on havaittavissa 10 db:n muutos kuulostaa äänenvoimakkuuden kaksinkertaistumiselta tai puolittumiselta 1.2. Psykoakustiikka äänihavaintoon vaikuttavat kuuloaistin fysiologia aivojen tulkinta Äänenvoimakkuuden aistinta Fletcher-Munson -käyrästö riippuu: äänenpaineesta taajuudesta kuuloalue: 20 Hz 20 khz herkimmillään khz:ssä äänenvoimakkuus eli äänenpaineen taso (sound( pressure level): dbspl = 20 log 10 (p 1 /p 0 ) p 0 = 20 µpa äänenpainetaso (db) KUULO- KYNNYS taajuus (Hz) äänenpainetaso (db) Dynamiikka-alue alue tuntoaistimus 31, k 2 k 4 k 8 k 16 k taajuus (Hz) kipuraja epämiellyttävyyden kynnys kuulokynnys Äänenpainetasoja suihkukone (5 m) klassinen musiikki fff paineilmapora (15 m) 80 televisio (3 m) 70 luento (3 m) 60 keskustelu (3 m) 50 klassinen musiikki ppp 40 kuiskaus (3 m) lehtien havina 10 0 db kipuraja meluisa tehdas meluisa katu henkilöauton sisällä myymälä asumalähiö yöllä hiljainen talo kaiuton huone kuulokynnys (c) Jouni Smed 5

6 ivojen äänihavainto tarkka äänimuisti on erittäin lyhyt: s on helppo kuulla sitä mitä haluaa on helppo olla kuulematta epätärkein rkeinä pidettyjä ääni niä Haasin ilmiö: useita yhtäläisiä äänilähteitä kuunnellessa lähin määrää havaitun äänensuunnan kriittiset taajuuskaistat: ei havaita yksittäisiä taajuuksia vaan taajuuskaistoja, joissa voimakas ääni voi peittää kaistan hiljaisemmat äänet Sävelkorkeus (musical( pitch) nuotin sävelkorkeus: suhteessa taajuuteen voimakkuus voi vaikuttaa madaltavasti standardi sävelkorkeus: 440 Hz = oktaavi (octave( octave) ) = taajuuden kaksinkertaistus siis 220 Hz =, 880 Hz = jne. puolisävelaskeleen (semitone( semitone) ) taajuussuhde = 12 2:1 1,06:1 Nuottien taajuudet Nuotti G# G F# F E D# D C# C (keski-c) h a# a Taajuus (Hz) Äänilähteiden taajuusalueita Äänilähde naislaulaja mieslaulaja huilu fagotti alttosaksofoni trumpetti viulu sello piano kirkkourut ksylofoni Taajuusalue (Hz) Sointiväri (timbre( timbre) erottaa äänilähteet toisistaan syyt: yläsävelet (harmonics( harmonics) perustaajuuden harmonisia monikertoja aluke (starting( transients) äänen alkaessa esiintyviä, ei- harmonisia taajuuksia kestävät 0,01 0,2 0,2 s (c) Jouni Smed 6