1. Perusteita. 1.1. Äänen fysiikkaa. Ääniaalto. Aallonpituus ja amplitudi. Taajuus (frequency) Äänen nopeus



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

AV-muotojen migraatiotyöpaja - ääni. KDK-pitkäaikaissäilytys seminaari / Juha Lehtonen

Johdanto tieto- viestintäteknologian käyttöön: Äänitystekniikka. Vfo135 ja Vfp124 Martti Vainio

LUT CS20A0650 Meluntorjunta 1. Tsunamin synty LUT CS20A0650 Meluntorjunta

Kuulohavainnon perusteet

Digitaalinen audio & video I

Sanasto: englanti-suomi

Äänen eteneminen ja heijastuminen

Digitaalinen audio & video, osa I. Johdanto. Digitaalisen audion sovellusalueet. Johdanto. Taajuusalue. Psykoakustiikka. Johdanto Digitaalinen audio

Juha Henriksson. Digitaalinen äänentallennus Dr. Juha Henriksson Finnish Jazz & Pop Archive

3 Ääni ja kuulo. Ihmiskorva aistii paineen vaihteluita, joten yleensä äänestä puhuttaessa määritellään ääniaalto paineen vaihteluiden kautta.

2.1 Ääni aaltoliikkeenä

1 Diskreettiaikainen näytteistys. 1.1 Laskostuminen. Laskostuminen

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Aaltoliike ajan suhteen:

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Luento Informaatioteorian alkeita Tiedonsiirron perusteet

Kuuloaisti. Korva ja ääni. Melu

Digitaalinen audio & video, osa I

Tietoliikennesignaalit & spektri

2.2 Ääni aaltoliikkeenä

Mitä on multimedia? Multimedia. Jatkuva-aikainen media. Yleisimmät mediatyypit. Jatkuvan median käsittelyvaiheet. Interaktiivuus

ö ø Ilmaääneneristävyys [db] 60 6 mm Taajuus [Hz]

Tiistai klo Jari Eerola

ELEC-C5070 Elektroniikkapaja (5 op)

Puheen akustiikan perusteita Mitä puhe on? 2.luento. Äänet, resonanssi ja spektrit. Äänen tuotto ja eteneminen. Puhe äänenä

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

16 Ääni ja kuuleminen

S Tietoliikennetekniikan perusteet. Jukka Manner Teknillinen korkeakoulu

LABORATORIOTYÖ 2 A/D-MUUNNOS

Mono- ja stereoääni Stereoääni

Digitaalinen Audio & Video I

Radioamatöörikurssi 2016

YLEINEN AALTOLIIKEOPPI

Luento 15: Ääniaallot, osa 2

Tv-äänisuunnittelu. Antti Silvennoinen Tel

KOHINA LÄMPÖKOHINA VIRTAKOHINA. N = Noise ( Kohina )

Radiokurssi. Modulaatiot, arkkitehtuurit, modulaattorit, ilmaisimet ja muut

THE audio feature: MFCC. Mel Frequency Cepstral Coefficients

Multimedia. Mitä on multimedia? Mediatyypit. Siirtoformaatit. + Teksti + Grafiikka + Audio + Kuva + Video. Petri Vuorimaa 1

Dynamiikan hallinta Lähde: Zölzer. Digital audio signal processing. Wiley & Sons, Zölzer (ed.) DAFX Digital Audio Effects. Wiley & Sons, 2002.

Peruskerros: OFDM. Fyysinen kerros: hajaspektri. Hajaspektri: toinen tapa. FHSS taajuushyppely (frequency hopping)

6. Äänitasomittauksia Fysiikka IIZF2020

Laitteita - Yleismittari

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Surround. Äänitys ja miksaus LFE-kanava 5.1. Mitä tarvitaan? 5 pääkaiutinta aktiivikaiuttimet passiivikaiuttimet + surround-vahvistin

Laskuharjoitus 4 ( ): Tehtävien vastauksia

3. AUDIOTEKNIIKAN PERUSTEITA

RAKENNUSAKUSTIIKKA - ILMAÄÄNENERISTÄVYYS

Virheen kasautumislaki

FYS03: Aaltoliike. kurssin muistiinpanot. Rami Nuotio

Yleistä äänestä. Ääni aaltoliikkeenä. (lähde

Multimedia. Petri Vuorimaa

Multimedia. Mitä on multimedia? Mediatyypit. Siirtoformaatit. Teksti Grafiikka Audio Kuva Video

T DSP: GSM codec

Kuuloaistin ominaisuuksia

800 Hz Hz Hz

Organization of (Simultaneous) Spectral Components

ELEC-C Sovellettu digitaalinen signaalinkäsittely. Äänisignaalien näytteenotto ja kvantisointi Dither Oskillaattorit Digitaalinen suodatus

Ääni, akustiikka Lähdemateriaali: Rossing. (1990). The science of sound. Luvut 2-4, 23.

Radioamatöörikurssi 2012

Radioamatöörikurssi 2014

16 ÄÄNI JA KUULEMINEN (Sound and Hearing)

Mittalaitetekniikka. NYMTES13 Vaihtosähköpiirit Jussi Hurri syksy 2014

Radioamatöörikurssi 2017

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Lähettimet ja vastaanottimet

Pekka Pussinen OH8HBG - oulu.fi

SGN-4200 Digitaalinen audio

Spektri- ja signaalianalysaattorit

nykyään käytetään esim. kaapelitelevisioverkoissa radio- ja TVohjelmien

SEISOVA AALTOLIIKE 1. TEORIAA

Akustiikka ja toiminta

EMC Säteilevä häiriö

Käytännön radiotekniikkaa: Epälineaarinen komponentti ja signaalien siirtely taajuusalueessa (+ laboratoriotyön 2 esittely)

K = Q C W = T C T H T C. c = 1 dq. f) Isokoorinen prosessi: prosessi joka suoritetaan vakiotilavuudessa

Signaalien generointi

Ihmiskorva havaitsee ääniaallot taajuusvälillä 20 Hz 20 khz.

1 Määrittele seuraavat langattoman tiedonsiirron käsitteet.

LABORATORIOTYÖ 2 SPEKTRIANALYSAATTORI

Signaalien datamuunnokset

6. Analogisen signaalin liittäminen mikroprosessoriin Näytteenotto analogisesta signaalista DA-muuntimet 4

Kurssin perustiedot. ELEC-C7110 Informaatioteknologian perusteet. Tämän viikon aiheet. Tiedonsiirron perusteita. Tiedonsiirron rakenneosat

Kokonaisuus 11: Ääni Kirjallinen esitys

CSMA/CA: Satunnaisperääntyminen (Random backoff)

Tiedonsiirron perusteet ja fyysinen kerros. Tietoliikenne kohtaa todellisuuden OSI-mallin alimmainen kerros Kirja sivut 43-93

Muuntavat analogisen signaalin digitaaliseksi Vertaa sisääntulevaa signaalia referenssijännitteeseen Sarja- tai rinnakkaismuotoinen Tyypilliset

Melulukukäyrä NR=45 db

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Lähettimet ja vastaanottimet. OH3TR:n radioamatöörikurssi

Digitaalinen media. Petri Vuorimaa

LOPPURAPORTTI Lämpötilahälytin Hans Baumgartner xxxxxxx nimi nimi

SAVONLINNASALI, KOY WANHA KASINO, KONSERTTISALIN AKUSTIIKKA. Yleistä. Konserttisali

Mekaniikan jatkokurssi Fys102

Signaalien datamuunnokset. Digitaalitekniikan edut

, tulee. Käyttämällä identiteettiä

Mul$media. Jyry Suvilehto Alkuperäiset kalvot Petri Vuorimaa

Lasivaippa: Lämpötekninen viihtyvyys ja ulkoisen melun torjunta

IARU Reg. 1 V/U/SHF-taajuusjakosuositus

Kohina. Havaittujen fotonien statistinen virhe on kääntäen verrannollinen havaittujen fotonien lukumäärän N neliö juureen ( T 1/ N)

samankaltainen kuin Ethernetissä

Transkriptio:

1. Perusteita 1. Äänen fysiikkaa 2. Psykoakustiikka 3. Äänen syntetisointi 4. Samplaus ja kvantisointi 5. Tiedostoformaatit 1.1. Äänen fysiikkaa ääni = väliaineessa etenevä mekaaninen värähtely (aaltoliike), joka saa aikaan kuuloaistimuksen äänilähde väliaine havaitsija Ääniaalto Aallonpituus ja amplitudi p p 0 aallonpituus, λ: vastaavien pisteiden etäisyys peräkkäisissä aalloissa amplitudi, A: värähdysliikkeen laajuus A λ λ tihentymä (ylipaine) harventuma (alipaine) Taajuus (frequency) Äänen nopeus taajuus, f: aaltojen lukumäärä aikayksikköä kohti yksikkö: hertsi, Hz = 1/s t 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: 5000 5900 m/s puu: 3000 4000 m/s CO 2 : 259 m/s He: 965 m/s 1. Perusteita 1

Äänen mittayksiköitä ääniteho, P watti, W mittaetäisyys 1 m äänen intensiteetti, I = P/A teho pinta-alayksikköä kohti äänenpaine, p = F/A: 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 (P 1 /P 0 ) db = 10 log 10 (I 1 /I 0 ) db kahden äänenpaineen suhde: L p = 20 log 10 (p 1 /p 0 ) db 1.2. Psykoakustiikka äänihavaintoon vaikuttavat kuuloaistin fysiologia aivojen tulkinta Äänenvoimakkuuden aistinta riippuu: äänenpaineesta taajuudesta kuuloalue: 20 Hz 20 khz herkimmillään 3 4 khz:ssä äänenvoimakkuus eli äänenpaineen taso (sound pressure level): dbspl = 20 log 10 (p 1 /p 0 ) p 0 = 20 µpa Fletcher-Munson -käyrästö Dynamiikka-alue 140 120 tuntoaistimus kipuraja äänenpainetaso (db) KUULO- KYNNYS taajuus (Hz) äänenpainetaso (db) 100 80 60 40 20 0-20 31,5 63 125 250 500 1 k 2 k 4 k 8 k 16 k taajuus (Hz) epämiellyttävyyden kynnys kuulokynnys 1. Perusteita 2

Äänenpainetasoja 150 140 suihkukone (5 m) 130 120 110 klassinen musiikki fff 100 90 paineilmapora (15 m) 80 televisio (3 m) 70 luento (3 m) 60 keskustelu (3 m) 50 klassinen musiikki ppp 40 kuiskaus (3 m) 30 20 lehtien havina 10 0 db kipuraja meluisa tehdas meluisa katu henkilöauton sisällä myymälä asumalähiö yöllä hiljainen talo kaiuton huone kuulokynnys Aivojen äänihavainto tarkka äänimuisti on erittäin lyhyt: 1 2 s on helppo kuulla sitä mitä haluaa on helppo olla kuulematta epätärkeinä pidettyjä ääniä 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 = A oktaavi (octave) = taajuuden kaksinkertaistus siis 220 Hz = A, 880 Hz = A jne. puolisävelaskeleen (semitone) taajuussuhde = 12 2:1 1,06:1 Nuottien taajuudet Nuotti A G# G F# F D# D C# C (keski-c) h a# a Taajuus (Hz) 440 415 392 370 349 330 294 277 262 247 233 220 Äänilähteiden taajuusalueita Sointiväri (timbre) Äänilähde naislaulaja mieslaulaja huilu fagotti alttosaksofoni trumpetti viulu sello piano kirkkourut ksylofoni Taajuusalue (Hz) 250 1000 100 350 250 2500 60 600 125 650 200 1000 200 3500 70 600 30 4000 15 8000 700 4000 erottaa äänilähteet toisistaan syyt: yläsävelet (harmonics) perustaajuuden harmonisia monikertoja aluke (starting transients) äänen alkaessa esiintyviä, eiharmonisia taajuuksia kestävät 0,01 0,2 s 1. Perusteita 3

1.3. Äänen syntetisointi olemassa olevien äänten jäljittely keinotekoisten äänten luonti Menetelmiä 1(2) aaltomuototaulukkosynteesi (wavetable) samplataan äänilähdettä eri taajuuksilla aaltomuototaulukko mikäli haluttua taajuutta ei löydy taulusta, interpoloidaan aaltomuoto vähentävä (subtractive) synteesi lähtöaaltomuodossa paljon yläsäveliä lopullinen sointiväri saadaan suodattamalla pois taajuuksia Menetelmiä 2(2) Ääniaaltoja lisäävä (additive) synteesi summataan yhteen eritaajuisia, amplitudisia ja vaiheisia siniaaltoja FM-synteesi (frequency modulation) moduloidaan kantoaallon taajuutta toisella aallolla muokataan lopullisen aaltomuodon amplitudia verhokäyrällä Sound Forge: Tools > Synthesis > FM siniaalto (sine wave) kolmioaalto (triangular wave) valkoinen kohina (white noise) kanttiaalto (square wave) saha-aalto (saw wave) 1.4. Samplaus ja kvantisointi AD-muunnos: analogisesta digitaaliseksi DA-muunnos: digitaalisesta analogiseksi digitaalisen esitysmuodon etuja: kopioitavuus kohinan vähyys muokattavuus AD-muunnos hetkellä t mikrofonin kalvon poikkeama on x(t) kaksi ongelmaa: t:n diskretisointi: samplaus x(t):n diskretisointi: kvantisointi kaksi approksimaatiota! x(t) i 0, i 1, i 2,..., i m 1. Perusteita 4

Samplaus (sampling) eli näytteistys Matala samplaustaajuus Nyquistin taajuus f s 2 f max jos f max = 20 khz, niin f s 40 khz Kvantisointi (quantizing) näytearvon pyöristys kokonaislukuun 8 bittiä: [-128, +127] 16 bittiä: [-32768, +32767] Kvantisointi ja dynamiikka? orkesterin fff = 100 db orkesterin ppp = 40 db kvantisoidaan 16 bittiin: b 15 b 14 b 13 b 12 b 11 b 10 b 9 b 8 b 7 b 6 b 5 b 4 b 3 b 2 b 1 b 0 etumerkki ppp fff 1.5. Tiedostoformaatit itsensä kuvaavat (self-describing) hierarkinen rakenne sisältää tietoa esim. samplaustaajuudesta kanavien lukumäärästä käytetty koodauksesta tekijänoikeuksista raa at (raw) laiteparametrit ja koodaus kiinnitetty sisältää pelkkää dataa 1. Perusteita 5

Yleisiä tiedostoformaatteja Tiedostopääte.aiff,.aif.au,.snd Nimi Audio Interchange File Format Sun Audio Kehittäjä(t) Apple, Electronic Arts Sun, NeXT.mp2,.mp3 MPEG Audio Moving Picture Experts Group.ra,.rm.wav Real Audio, Real Media Windows WAVE, RIFF WAVE Real Networks Microsoft, IBM 1. Perusteita 6