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 16-22 000 Hz (22kHz). Fale poniżej 16 Hz to infradźwięki, a fale powyżej 22 kHz to ultradźwięki.

Wysokość dźwięku – zależy od częstotliwości 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 (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 analogowo-cyfrowy 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.