Počítačová gramotnost II Mgr. Jiří Rozsypal aktualizace 1. 9. 2011
Počítačová gramotnost II
Tato inovace předmětu Počítačová gramotnost II je spolufinancována Evropským sociálním fondem a Státním rozpočtem ČR, projekt č. CZ.1.07/2.3.00/09.0197, "Posílení konkurenceschopnosti výzkumu a vývoje informačních technologií v Moravskoslezském kraji".
1. kapitola - Audio
1.1 Vnímání / prezentace zvukové informace člověkem
Zvuk (1) • zprostředkovává člověku informace o světě ve kterém se pohybuje • zvuk je podélné mechanické vlnění, které vnímáme sluchem ▫ v plynech, kapalinách se šíří, jako postupné vlnění podélné ▫ v pevných látkách se šíří, jako postupné vlnění podélné i příčné
Zvuk (2) • zvuk potřebuje pro své šíření pružné prostředí ▫ nepružné prostředí: plsť, korek vlna (zde se šíří zvuk velmi špatně) tyto látky se používají jako izoláty
▫ v hermeticky uzavřených prostorech se zvuk nešíří vůbec zde nejsou atomy ani molekuly proto se zvuk vakuem nešíří vůbec
Zvuk (3)
!
• akustické kmitání pružného prostředí v pásmu od 16 Hz do 20 000 Hz (tedy 20 kHz) – jedná se o slyšitelné spektrum pro člověka • Infrazvuk: 0,7 – 16 Hz ▫ zvuky pod slyšitelnou hranicí ▫ dobře se šíří ve vodě používají např. sloni pro komunikaci na desítky km seismické jevy, atd.
• Ultrazvuk: do 50 000 Hz ▫ zvuky nad slyšitelnou hranicí používají netopýři, delfíni použití v lékařství, technice (skryté vady materiálu), námořnictví – sonar (zjištění hejna ryb, vraku pod vodou)
Sluch
!
• jedná se o smysl pro vnímání zvuku • sluchem rozeznáme: ▫ zvuky, tóny, jejich intenzitu, výšku, zabarvení, atd.
• orgánem sluchu je ucho ▫ lidské ucho vnímá zvukové vlny v rozsahu 16 – 20 000 Hz průměrný posluchač však slyší zhruba v rozmezí 20 – 16 000 Hz
▫ je nejcitlivější pro tóny v oblasti okolo 1000 až 3000 Hz ▫ lidské ucho je schopné rozlišit okolo 400 000 různých druhů zvuku
Stavba ucha - anatomie (1) • ucho je lidský „detektor zvuku“ ▫ skládá se ze tří hlavních části
• zevní ucho • střední ucho • vnitřní ucho
Stavba ucha – přenos zvuku (2) • Zevní ucho
▫ úkolem zevního ucha je zachytit zvukové vlny a dovést je k bubínku
• Střední ucho
▫ zde se nachází kladívko, kovadlinka a třmínek. Tyto kůstky představují systém pák, které pohyby bubínku koncentrují na malou plošku třmínku a dosahují tím až 30ti násobného zvětšení síly kmitu
• Vnitřní ucho
▫ v hlemýždi je Cortiho orgán. V něm jsou vláskové buňky (sluchové receptory) v nichž dochází k přeměně mechanické energie zvukových vln na elektrický signál. Tento elektrický signál je následně z vláskových buněk předáván na vlákna sluchového nervu
Stavba ucha (3)
anatomie ucha člověka FOTO-zdroj: http://lidsketelo.webnode.cz/
Hlas a hlasivky • hlas je „zvukový výstup“ člověka vytvářený hlasivkami Hlasivky • lidský hlas se vytváří prostřednictvím hlasového ústrojí, jež je umístěno v hrtanu • v hrtanu jsou dvě pružné blány, kterým se říká hlasivky ▫ během mluvení jsou napnuté tak, že je mezi nimi úzká štěrbina. Proudem vzduchu přicházejícím z plic se hlasivky rozkmitají a vzniká tedy pravidelné kolísání tlaku vzduchu. To se šíří jako zvukové vlnění, říkáme mu lidský hlas
Akustika • velmi rozsáhlý vědní obor • zabývá se vznikem zvuku, dále jeho přenosem až po vnímání lidskými smysly • má velkou řadu podoborů ▫ ▫ ▫ ▫
Hudební akustika Stavební akustika Prostorová akustika Fyziologická akustika
!
Tóny • zvuk se skládá z tónů ▫ čistý tón se dá znázornit pomocí křivky – sinusoidy
• jednoduchý zvuk nazýváme tón • zdroje tónů: ▫ lidské hlasivky ▫ hudební nástroje ▫ atd.
Hluk • hluk je určitá forma zvuku • ze subjektivního pohledu se jedná o rušivý, nepříjemný zvuk • hlukem může být také hudba ▫ např. někdo může vnímat určitý druh koncertu, jako nepříjemný, rušivý zvuk
Síla (hlasitost) Pro názornost jsou zde uvedeny přibližné hodnoty síly zvuku v níže uvedených případech. Poznámka: Uváděná jednotka dB znamená decibel.
zvukový práh
0 dB
šelest listí
10 dB
tlumený rozhovor
40 dB
hlasitý rozhovor
60 dB
hluk na velmi frekventovaných komunikacích
70dB
hluk motorových vozidel
90 dB
práh bolestivosti s možností poškození 130 dB bubínku zvukového ústrojí člověka
1.2 Digitalizace („převod informace do počítači srozumitelného jazyka“)
Analog vs. Digital (1) • analogový je svět kolem nás ▫ analogový záznam na magnetofonový pásek, analogové vysílání, přenos, obraz, video, zvuk
• analog – je výraz, který se nejčastěji používá pro systémy pracující se spojitým, plynule se měnícím signálem (např. analogové video, analogový zvuk, apod.)
!!!
Analog vs. Digital (2)
!!!
• Digital – neboli číselný, digitální. Vztahující se k údajům, které jsou reprezentovány diskrétními hodnotami = čísly (obvykle v binární soustavě, tedy pomocí 1 a 0) ▫ digitálně reprezentované informace jsou důležité pro počítačové zpracování (počítač všechno „vidí“, jako jedničky a nuly, ať už jsou to obrázky, video, či zvukové nahrávky)
Digitalizace – proč? • .........
Digitalizace počítačové zpracování dat věrnost kopií záznamu možnost komprese nižní nároky na přenos možnost přenosu dat a komunikace přes internet • lepší parametry přenosu • lepší odolnost proti rušení • atd. • • • • •
Digitalizace
!!!
• obecně jde o převod analogového (tedy spojitého) signálu do nespojité posloupnosti digitálních (tedy číselných) údajů, obvykle kódovaných v binární soustavě (soustava skládající se z jedniček a nul) • jednoduše digitalizace je převod informace z analogové formy do digitální • nejjednodušeji řečeno při digitalizací dochází k převodu dat do počítači srozumitelného jazyka ▫ tedy do binární podoby (do podoby jedniček a nul, 1000101....)
• zařízení provádějící digitalizaci
▫ digitální fotoaparát, skener, grafická karta, zvuková karta, atd.
• proces digitalizace probíhá ve třech krocích ▫ vzorkování (sampling) ▫ kvantování ▫ kódování
Vzorkování (sampling) (1)
!!
• jedná se o zaznamenávání hodnot (čili vzorků) v předem daných intervalech • Interval vzorkování (Ts) ▫ je to vzdálenost mezi nejbližšími vzorkovacími body v obraze. Vzdálenost vzorků řeší Shannonova věta o vzorkování neboli ShannonKotělníkův teorém
• Vzorkovací frekvence (fs)
▫ počet vzorků za jednotku času, tedy za 1s
• čím větší bude vzorkovací frekvence fs, tím více bude zvuk odpovídat realitě ▫ tím větší je uložený soubor a naopak
Vzorkování (sampling) (2) Vzorkovací frekvence: fs= 1/Ts [Hz] Interval vzorkování: Ts Perioda – doba jednoho kmitu: T
Vzorkování (sampling) (3)
!!
Poznámka: snahou vzorkování je, co nejrealističtěji popsat původní, tedy analogový signál.
Vzorkování (sampling) (3)
Na tomto obrázku vidíte jemnost vzorkování signálu Poznámka: čím bude vzorkování jemnější (tedy větší vzorkovací frekvence fs), tím bude navzorkovaný signál podobnější signálu původnímu.
!!
Shannonova věta o vzorkování (Shannon-Kotělnikův teorém) (1)
!
• pro jednorozměrné signály (tedy pro zvuk!) – vzorkovací frekvence musí být ale alespoň 2x větší, než nevyšší zajímavá frekvence ve vzorkovaném signálu ▫ např. vzorkování zvuku
• příklad:
▫ frekvenční pásmo slyšitelnosti pro člověka se pohybuje od 16 Hz do 20 000 Hz, právě proto se používá vzorkování 44,1 kHz použité u CD ▫ jednoduše řečeno vzorkování musí být alespoň 2x větší, tedy 20 000 x 2 = 40 000 Hz = 40 kHz. V praxi se používá 44,1 kHz (Audio CD)
Kvantování (1)
!!
• při kvantizaci spojujeme určité intervaly oboru hodnot a přiřazujeme jim jedinou hodnotu • naměřené vzorky jsou podle velikosti zobrazeny do tzv. kvantizačních úrovní neboli kvantizačních hladin ▫ naměřené hodnoty jsou vlastně zaokrouhlovány ▫ např. vzorky s hodnotami 4,8; 5,2; 5,3 a 5 jsou ve stejné kvantizační úrovni a je jim přiřazena hodnota 5
Kvantování (2)
!! vlevo na obrázku vidíte vzorky, každý vzorek je třeba přiřadit k určité kvantizační úrovni (hladině), viz obrázek níže
na obrázku vpravo jsou hodnoty 5 a 5,2 přiřazeny hodnotě 5. 6,3 hodnotě 6 a dále hodnota 6,7 je přiřazena hodnotě 7 Poznámka: může dojít i ke vzniku kvantizačního šumu („červené sloupečky“ na obrázku )
FOTO-zdroj: http://shell.sh.cvut.cz/~sailor/skola/x32tss/predn/2a3.pdf Metody digitalizace telefonního signálu, Robert Bešák [1]
Kódování (1)
!!
• zobrazení kvantizační úrovně (hladiny) do dvojkové soustavy ▫ „tedy do počítači srozumitelného jazyka“
• Zde je velice důležitá bitová hloubka, tedy počet kvantizačních úrovní
▫ určuje jaké množství informací se použije k definování jednoho vzorku ▫ je určena počtem bitů
• čím větší bitová hloubka, tím je lepší dynamika zvuku, kvalitnější reprodukce a také méně šumu, ale také větší výsledný soubor! • počet kvantizačních úrovní se spočítá podle vzorce k=2b , zde je b počet bitů na vzorek, tedy bitová hloubka ▫ 28 = 256 kvantizačních úrovní, při bitové hloubce 8 bitů ▫ 216 = 65535 ▫ 224 = 16 777 216
Poznámka: v předešlém snímku je na obrázku uvedeno 8 kvantizačních úrovní (0 až 7), tedy bitová hloubka bude 3, protože 23 = 8
Kódování (2)
!!
Poznámka: pro názornost uvádím 3 bitovou hloubku, tedy 23 => 8 kvantizačních úrovní neboli hladin. Sloupeček binárních hodnot (111, 110, 101,...) napravo je zobrazení kvantizačních úrovní do počítači srozumitelného jazyka, tedy do binární podoby (do podoby jedniček a nul). FOTO-zdroj: http://shell.sh.cvut.cz/~sailor/skola/x32tss/predn/2a3.pdf Metody digitalizace telefonního signálu, Robert Bešák [1]
Zařízení provádějící digitalizaci
A/D převodník
!!!
• analogově-digitální převodník, proto (A/D)
▫ vzorkování, kvantování, kódování provádí tento převodník, čili digitalizaci!!!
• digitalizovat lze zvuk, obraz, teplotu, tlak a jiné analogové veličiny • příklady A/D převodníku:
▫ grafická karta, zvuková karta, skener, tablet, touchpad, atd.
Poznámka: • A/D převodník převede např. u skeneru tištěnou fotografii z časopisu do počítači srozumitelné podoby (tedy do podoby jedniček a nul, např. 10110001001...). • A/D převodník převede např. u zvukové karty signál putující z mikrofonu opět do počítači srozumitelné podoby (111101101100...)
D/A převodník
!!!
• jedná se o opak A/D převodníku • převádí digitální signál na analogový • příklad D/A převodníku ▫ zvuková karta, grafická karta, atd.
Poznámka • D/A převodník v podobě grafické karty převede digitální signál z počítače na analogový signál, který pak putuje do monitoru
1.3 Datový tok (bitrate)
Datový tok (bitrate)
!!!
• je množství přenesených nebo zpracovaných dat za jednotku času ▫ obvykle se měří v b/s („čteno bitů za sekundu“) a odvozených jednotkách, jako například
bit/s, kbit/s, Mbit/s, Gbit/s (bps, kbps, Mbps, Gbps) tyto jednotky se čtou jako bitů za sekundu kilobitů za sekundu, megabitů za sekundu, atd. jednotky v závorce se čtou jako bit per second, kilobit per second, atd.
• druhy datového toku
▫ stálý (konstantní), CBR (Constant bitrate) ▫ proměnlivý (variabilní), VBR (Variable bitrate)
• pojem datový tok můžete objevit v IT téměř kdekoli
▫ např. rychlost internetu je udávána v Mbit/s (např. 8 Mbit/s) ▫ např. datový tok u přehrávání zvuku, videa
datový tok zvukového záznamu ve formátu MP3 může být např. 128 kbit/s atd.
Constant bitrate (CBR)
!!
• datový tok je stejný po celou dobu, např. přehrávání • je jednoduchý na kompresi • data proudí stále stejnou rychlostí i v sekcích, kde to není potřeba => zbytečně zabírá mnoho místa na datovém médiu
Variable bitrate (VBR)
!!
• datový tok zvuku se upravuje podle aktuálního stavu zvukové nahrávky, jinými slovy podle náročnosti zvukové nahrávky, např. ▫ jednoduché pasáže (např. sólová hra na jeden hudební nástroj) – např. 96 Kbps ▫ složitější pasáže (např. hra na více hudebních nástrojů najednou) – např. 192 Kbps
Poznámka: měnící se datový tok můžete zpozorovat např. na displej vašeho MP3 přehrávače.
1.4 Komprimace (komprese) dat
Komprimace dat (komprese dat) (1) !!! • umožňuje snížení objemu dat v souboru • jedná se o speciální postup při ukládání / transportu dat • úkolem komprese je: ▫ zmenšit datový tok (bitrate) ▫ snížit nároky na paměťové zdroje
• příklady komprimace: ▫ např. řetězec „aaaa“ zakódujeme, jako „a4“
• příklad komprimačních nástrojů: ▫ WinRAR, WinZip
Poznámka: pro komprimaci (kompresi) se používá v oblasti IT zlidovělý výraz, a to „zabalení“ či „zapakování“ a naopak „rozbalení“ a „rozpakování“
Komprimace (komprese) zvuku
Komprimace zvuku (komprese zvuku) (1) !!! • komprese zvuku umožňuje snížit velikost audio souboru až na zlomek původní velikosti • typy komprimace (neboli komprese) ▫ bezztrátová ▫ ztrátová
Komprimace – bezztrátová
!!!
• tento typ komprese používá mechanismy, které umožňují objem dat v souboru snížit a to bez jakéhokoliv „ořezávání“ původní informace • tato komprese není obvykle tak účinná, jako ztrátová komprese • komprimovaný soubor lze opačným postupem rekonstruovat do původní podoby (takzvaně dekomprimovat) • tento typ komprimace je vhodný pro tyto účely: ▫ například přenášení dat po síti (data jako je např. příloha emailu musí být po dekomprimaci stejná jako byla před komprimací)
nikoho z váz by určitě nepotěšilo, kdybyste svou 50 stránkovou diplomovou práci zkomprimovali a poslali svému učiteli, který by ji následně dekomprimoval a zjistil by, že mu přišlo stránek pouze 30
• u zvuku se bezztrátová komprimace téměř nepoužívá, narozdíl od např. videa
Komprimace – ztrátová
• tento typ komprese využívá nedokonalosti lidských smyslů.
!!!
▫ ucho něco neslyší, oko něco nedokáže rozeznat lidské ucho nedokáže zaznamenat frekvenci pod hranicí 16 Hz a nad hranicí 20 000 Hz oko dokáže rozeznat pouze určité spektrum barev sled rychle jdoucích snímků za sebou vnímá oko jako souvislý pohyb atd.
• můžeme tedy ze zvuku odstranit části, které lidský mozek nedokáže zaznamenat. Jinými slovy dojde k ořezaní člověku „nepotřebných“ dat
Kompresní poměr
!!
• Kompresní poměr je podíl velikosti původních dat ku velikosti komprimovaných dat ▫ např. původní velikost 100 MB, velikost po komprimaci je 10 MB, kompresní poměr je tedy: 10:1 => 10x zmenšeno
Kodek
!!!
• název je převzat z anglického „codec“ • jedná se o složeninu z počátečních slabik slov „kodér“ a „dekodér“, respektive „komprese“ a „dekomprese“, někdy taky kódování a dekódování • může se jednat o počítačový program či naprogramovaný čip, který umožňuje kompresi a dekompresi (videa, zvuku) na počítači ▫ kódování – označuje zakódování zvukového souboru. Kóduje se pomocí kompresních algoritmů ▫ dekódování – označuje dekódování souboru přehrávání audio záznamu
1.5 Audio formáty
Audio formáty • Nekomprimované audio formáty ▫ Wav
• Ztrátové audio formáty • Bezztrátové audio formáty
!!!
Wav (Waveform audio file)
!!!
• formát vytvořen firmou Microsoft pro platformu PC/Windows. • data uvnitř jsou nezkomprimované navzorkované zvuky podobně jako na Audio CD • zvuk může být mono či stereo • bitová hloubka je 8 nebo 16 bitů ▫ CD kvalita je Stereo, 44100 Hz, 16 bitů
• formát se nehodí pro přenos po Internetu ▫ tedy soubory s koncovkou *.wav jsou příliš velké pro distribuci na internetu např. 50 minut hudby zabere na disku počítače asi 650 MB
Ztrátové audio formáty • Mezi nejznámější ztrátové audio formáty patří: ▫ ▫ ▫ ▫ ▫ ▫
MP3 WMA AAC AC3 DTS atd.
MP3
!!!
• „MPEG-1 layer 3“ • asi nejznámější zvukový formát používaný ve spotřební elektronice ▫ např. kapesní MP3 přehrávače, počítače, DVD přehrávače, mobilní telefony, atd.
• další rozšíření MP3
▫ MP3pro - určený pro nízký datový tok ▫ MP3 Surround - podporuje vícekanálový zvuk
• pro stereo záznam se u MP3 používá 128 – 192 kbit/s ▫ čteme: „128 – 192 kilobitů za sekundu“ (kbit/s)
• klasickou MP3 přehraje dnes snad každý mobilní telefon • používá zvukový kodek lame • podporuje ID3 tagy ▫ tedy je možno do MP3 zadat jméno interpreta, žánr, apod.
WMA
!!!
• „Windows Media Audio“ • formát silně podporovaný firmou Microsoft • existuje ve třech verzích (WMA1, WMA2, WMA3) ▫ používá se pouze verze WMA3, ostatní jsou již „mrtvé“
• horší kvalita než MP3 i při stejném datovém toku • zde je možno rovněž používat ID3 tagy
AAC
• „Advanced Audio Coding“ • patentován skupinou MPEG (Motion Picture Experts Group) ▫ její používání není zadarmo
• existuje již mnoho let, ale teprve v poslední době se prosadila zejména díky společnostem Apple a Nero ▫ Apple prosazuje AAC do např. do sých iPodů
!
AC-3
!
• původní označení AC-3 bylo „Doby Digital“ • tento formát je licencovaný Dolby Laboratories • jedná se o vícekanálový audio formát určený pro prostorové ozvučení • používá se téměř výhradně na DVD • přehraje jej každý DVD přehrávač
DTS • „Digital Theatre System“ • opět audio formát určený pro DVD • jedná se taktéž o vícekanálový audio formát určený pro prostorové ozvučení • poskytuje vyšší kvalitu než AC-3, ale s velmi vysokém datovým tokem
!
Bezztrátové audio formáty (2) • tyto formáty jsou si velmi podobné svými parametry, např. ▫ komprese bývá 1:2 ▫ datový tok je kolem 600 kbit/s
• mezi nejznámější patří tyto: ▫ FLAC ▫ TAK ▫ atd.
!
FLAC • „Free Lossless Audio Codec“ • formát je určen především milovníkům hudby a vlastníkům dostatečně citlivých reprodukčních sestav • u formátu FLAC se komprese pohybuje mezi 60 - 70 % původní velikosti souboru ▫ nahrávka, která v MP3 zabere 3 MB, ve formátu FLAC zabere kolem 13 MB
• není zatěžkán žádnými sw patenty, tedy jedná se o open-souce software
TAK • relativně nový formát, uveřejněn teprve v roce 2007 • kombinuje výbornou a rychlou kompresi i dekompresi
1.6 Vstupně / výstupní zvuková zařízení používaná v počítači
Zvuková karta
!!!
• „hlasivky a ucho počítače“ • zvuková karta neboli zvukový adaptér je komponenta počítače, která zabezpečuje zvukový vstup/výstup do/z počítače • zvuková karta je A/D a také D/A převodník ▫ A/D – zde se analogový signál, např. z mikrofonu převede na počítačová data, tedy do formy jedniček a nul ▫ D/A – zde dochází k převodu z digitální podoby do podoby analogové, např. signál vedený ze zvukové karty do reproduktorů
Zvuková karta – typy
!
• integrovaná - najdeme na každé základní desce počítače ▫ většinou postačují pro běžné účely (přehrávání hudby, běžné nahrávání, atd.)
• ve formě rozšiřující desky - se používají pouze velmi kvalitní zvukové karty, používané pro speciální účely ▫ např. skládání hudby, hraní her, atd.
• externí zvuková karta
▫ výhodou těchto zařízení je vždy vysoký odstup signál/šum ▫ digitalizace analogového zvuku se provádí mimo prostředí a rušivá pole počítače ▫ tyto externí zvukové karty se připojují k počítači pomocí rozhraní USB
• dalším kritériem pro zvukovou kartu je tedy počet kanálů, které karta vytváří pro prostorový zvuk
Zvuková karta – takto můžou vypadat
tyto tři zvukové karty na snímku reprezentují zvukové karty ve formě rozšiřující desky do počítače FOTO-zdroj: http://www.czechcomputer.cz http://www.hrej.cz/ http://www.dansdata.com/
Externí zvukové karty
FOTO-zdroj: http://www.tomsguide.com/ http://www.disk.cz
Zvuková karta – systémové rozhraní • níže uvedená tři rozhraní slouží pro připojení rozšiřující karty do počítače • ISA ▫ velmi staré rozhraní
• PCI • PCI Express • USB ▫ toto rozhraní je používané externími zvukovými kartami
Zvuková karta – parametry • bitová hloubka ▫ 16 bitů
levnější zvukové karty
▫ 24bitů
dražší zvukové karty
• záznamová (vzorkovací) frekvence
▫ spodní hranice je 48 kHz, tedy 48 000 vzorků za 1s ▫ 96 kHz levnější zvukové karty
▫ 192 kHz
dražší zvukové karty
!
Zvuková karta – vstupy/výstupy
Poznámka: na tomto obrázku jsou vidět vstupy/výstupy zvukové karty. Mezi základní patří mikrofonní vstup (Mic In), vstup z externího zařízení (Line In) a výstup pro sluchátka či reproduktory (Line Out). Ostatní výstupy jsou určeny pro sestavu čítající více reproduktorů
!
Reproduktory (1)
!!
• reproduktory jsou velmi důležitým prvkem celé zvukové soustavy slouží k výstupu zvuku z počítače • parametry ▫ ▫ ▫ ▫
výkon reproduktorů materiál reprobeden objem reprobeden počet reproduktorů u sestavy
Reproduktory (2) • nejvhodnějším materiálem pro reproduktory je dřevotříska ▫ dřevěné reproduktory jsou také z dřevotřísky - je velmi odolná proti vibracím
• zvuk dřevěných reproduktorů je specifický a nedá se plastem nahradit ▫ nevýhodou je pouze jejich hmotnost
• plastové reproduktory mohou být značně rozdílné kvality, záleží na provedení ▫ plast a jeho spoje musí být hodně pevné, aby nepřenášely vibrace.
• objem bedýnek
▫ pokud jsou malé, vzduch uzavřený uvnitř se stlačuje a způsobuje odpor. To snižuje poddajnost reproduktorů
Reproduktory – typy
!
• aktivní reproduktory
▫ mají v sobě zabudovaný vlastní zesilovač ▫ nejčastěji se jedná o reproduktory k počítači, malé reproduktory k přenosným MP3 přehrávačům nebo studiové monitory
• pasivní reproduktory
▫ potřebují externí zesilovač. V praxi vypadá zapojení tak, že ze zdroje zvuku (např. zvuková karta, MP3 přehrávač, televize atd.) vede zvukový signál do zesilovače a odtud zesílený do reproduktorů. ▫ mezi pasivní reproduktory lze zařadit např. i sluchátka
Reproduktory • pasivní reproduktory
FOTO-zdroj: http://www.mmlshop.cz/
Reproduktory • aktivní reproduktory
FOTO-zdroj: http://www.dv247.com/ http://www.audioplaneta.cz/ http://www.digiboss.cz/
Mikrofony • mikrofon je zařízení, které slouží k přeměně zvukového signálu na signál elektrický, který pak putuje do počítače • pro různé situace, kde dochází k záznamu zvuku jsou vhodné různé druhy mikrofonů • typy mikrofonů ▫ mikrofony se dají dělit podle několika kritérií
!!!
Mikrofony – rozdělení
!
• mikrofony se dají rozdělit do několika skupin. My se v tomto textu budeme stručně zabývat pouze těmito: • podle směrové charakteristiky ▫ všesměrové ▫ směrové
• podle typu uchopení ▫ „do ruky“ ▫ připínací mikrofony, tzv. mikroporty ▫ podlouhlé mikrofony
Mikrofony - kamera
!!
• všechny videokamery – i velmi kvalitní, jsou vybaveny ne moc kvalitním mikrofonem. Ty je třeba nahradit profesionálním zařízením vhodným pro typ natáčení, ke kterému se chystáte • mikrofony na kamerách produkují spíše kovově znějící zvuk, ten se zaznamenává ze všech směrů stejně • protože se mikrofony nacházejí připevněné na kameře, často zaznamenávají také zvuky z kamery ▫ např. běh motorů, pohyb ruky, dech kameramana atd.
Mikrofon – všesměrový
!!
• zachytává zvuk ze všech směrů • tyto mikrofony nejsou příliš vhodné
▫ zachytávají mnohem více zvuků než potřebujeme, hluk samotné kamery, kameramana, zvuky z okolí (projíždějící auta, procházející osoby, atd.)
• použitelnost: • při umístění blízko zdroje zvuku či hovořící osoby (do 30ti cm) ▫ dojde k přehlušení jakéhokoliv zvuku na pozadí
• všesměrové mikrofony mají nízkou citlivost vůči větru a zvuku slyšitelného dýchání • jsou vhodné má-li být zachován zvuk nahrávaného hlasu s na pozadí hlasitými zvuky (např. rozhovor na staveništi nebo na rušném dopravní komunikaci, atd.)
Mikrofon – směrový (1)
!!
• zachytávají zvuk z jednoho směru ▫ lze je namířit na jeden konkrétní objekt
• lze umístit na rozdíl od všesměrového mikrofonu do větší vzdálenosti od objektu ▫ lze je tedy použít ve scénách, kde je umístění mikrofonu do blízkosti herce obtížné ▫ mikrofon s kardioidní směrovou charakteristikou je vhodný do vzdálenosti 2 – 2,5 m od herce, potom začíná zaznamenávat nežádoucí zvuky
Mikrofon – směrový (2) • superkardioidní mikrofon má užší charakteristiky než kardioidní ▫ tento mikrofon umožňuje zachytávat dobrý záznam zvuku ve vzdálenosti 1,8 až 4,5m od herce
• hyperkardioidní mikrofon – tyto mikrofony mají velmi silný směrový charakter ▫ když se byť jen mírně odkloní od zdroje snímaného zvuku, nebude zaznamenaný zvuk v pořádku
Mikrofony • Zde máme další dělení mikrofonů, tentokrát podle uchopení: ▫ mikrofony do ruky ▫ připínací mikrofony, tzv. mikroporty ▫ podlouhlé mikrofony
!!!
Mikrofony do „ruky“
!!!
• jedná se o všesměrové mikrofony • krátký dosah ▫ musí se nacházet v dostatečné blízkosti úst osoby
• diskusní pořady, rockové koncerty, atd.
Mikroporty
!!!
• jedná se o malé všesměrové mikrofony • nosí se na oděvu hlasatelů, ale lze je také ukrýt pod oděv • umísťují se velmi blízko úst mluvící osoby, málokdy tedy zachycují jiné zvuky, jsou tedy vhodné pro záznam jednotlivých herců
Mikroport - připínací
FOTO-zdroj: LONG, B., SCHENK, S. Velká kniha digitálního videa. Brno: CP books, 2005
Podlouhlé mikrofony
!!!
• tyto mikrofony většinou umožňují záznam stereo zvuku, to tak, že mikrofon obsahuje dva prvky pro záznam zvuku ▫ jeden pro levý a druhý pro pravý kanál
• tyto mikrofony se často instalují tak, že jakoby „vyčnívají“ z kamery ▫ umístění mikrofonu před kamerou není zrovna nejvhodnější ▫ lepší je mikrofon připevnit na speciální tyč pro mikrofon
Podlouhlý mikrofon
FOTO-zdroj: LONG, B., SCHENK, S. Velká kniha digitálního videa. Brno: CP books, 2005
1.7 Vícekanálový záznam / reprodukce zvuku
Mono zvuk
!!!
• je tvořen jedním audio kanálem ▫ někdy je označován jako 1.0
• v tomto režimu hrají všechny reproduktory stejný zvuk, nevzniká tedy prostorový dojem, žádná složka zvuku nepřichází z různých míst v prostoru • příklady ▫ hudba vycházející z reproduktoru mobilního telefonu ▫ obecní rozhlas
Stereo zvuk
!!!
• v tomto režimu hrají dva reproduktory různý zvuk, z toho vyplývá, že vzniká dojem, že některé složky zvuku přicházejí zleva, zprava, ze středu • tyto dva kanály obohacují zvukový záznam o jednoduché prostorové vnímání zvuku
Prostorový zvuk - surround
!!!
• prostorový zvuk je známý pod termínem „surround“ • „surround“ v překladu znamená: obklopit, obklíčit, což defacto prostorový zvuk dělá • v současnosti existuje mnoho formátů prostorového zvuku a s ním související počty reproduktorů a jejich rozvržení podílející se na tvorbě zvuku, který posluchače obklopuje ▫ tedy jde o pocit jako by jste se děje filmu, který sleduje opravdu účastnili
Prostorový zvuk (2)
!
• pro názornost uvádím několik formátů prostorového Poznámka: zvuku formáty podporující prostorový zvuk obsahují • 4 kanálové formáty několik audio kanálů, každý audio kanál jde do ▫ Dolby Stereo ▫ Dolby Surround ▫ Dolby ProLogic
• 5.1 kanálové formáty
jednoho reproduktoru. To znamená, že např. audio formát „Dolby Surround“ má 4 kanály, tedy je potřeba 4 reproduktorů. 5.1 znamená, že je třeba 5 reproduktorů , 1 znamená kanál nesoucí basovou složku (subwoofer)
▫ Dolby Digital ▫ Digital Theatre Sound (DTS)
• 6.1 kanálové formáty
▫ Dolby Digital Surround EX ▫ Digital Theatre Sound EX
• 7.1 kanálové formáty
▫ Surround SDDS (Sony Dynamic Digital Sound) formát určený výhradně pro kina
Prostorový zvuk (3) • pro ukázku uvádím prostorové rozložení reproduktorů – např. konfigurace 5.1 Popis: 1, 2 – levý a pravý přední reproduktor 3,4 – levý a pravý zadní reproduktor 5 – středový reproduktor 6 – basový reproduktor (neboli subwoofer)
FOTO-zdroj: http://www.tvfreak.cz/
Poznámka: na tomto obrázku vidíte ideální rozložení 5.1 reproduktorů v místnosti vůči sedačce ze které osoba sleduje film
1.8 Stream (streaming)
Přenos v reálném čase
!!
• uživatel na svém počítači je schopen přijímat přicházející data průběžně, nikoli až po stažení celého souboru • výhody: ▫ přehrávání začne velmi brzy (pár sekund) po navázání spojení a stažení prvních dat
• nevýhody: ▫ vyžaduje stabilní propustnost sítě, aplikace klienta si sice může uchovávat data na několik sekund dopředu, tím se ale zvyšuje celkové zpoždění přenosu fanoušek české hokejové týmu na MS by asi nebyl moc nadšený, kdyby slyšel z okolí „gól“ a on by ho uviděl třeba až za další minutu
stream (streaming) (1)
!!!
• „stream“ – z anglického proud • je to přenosová technika nepřetržitého přenosu audiovizuálního materiálu mezi zdrojem a koncovým uživatelem • dá se říct, že stream je „soubor“ bez začátku i konce • také se dá říct, že streaming je obecně chápán jako libovolný přenos digitalizovaného signálu v reálném čase • použití: přenášení audiovizálního materiálu po internetu (webcasting), např.: ▫ ▫ ▫ ▫ ▫
streamovaná rádia streamovaná televize video konference webkamery atd.
stream (streaming) - druhy
!!
• Přímý (živý) přenos
▫ signál je přenášen v reálném čase z vysílacího pracoviště (např. rádia) až ke klientům ▫ všichni klienti (tedy posluchači) dostávají tentýž signál ▫ přenos je tak nejlépe přirovnatelný ke klasickému televiznímu vysílání
televize vysílá Zprávy a všichni se na ty stejné zprávy doma u televize díváme ve stejný čas
• Záznam na žádost (Video on Demond)
▫ při tomto přehrávání ze záznamu si klient sám vybere, co chce přehrát a kdy. Po stažení několika prvních sekund záznamu je spuštěno přehrávání ▫ Výhodou je především dostupnost příspěvků v okamžiku, kdy je uživatel skutečně potřebuje např. televizní pořad, který jsme nestihli si pustíme třeba za hodinu nebo další den
▫ např. videa na YouTube, na různých zpravodajských serverech, atd.
1.9 Internetová rádia
Internetová rádia
!!!
• klasická rádia za svůj přenosový kanál považují rádiové vlny • internetová rádia jsou založená na datovém přenos prostřednictvím internetu (streamingu), přesně používají přímý (živý) přenos, viz. předchozí snímek • charakteristika: ▫ internetové rádio je možno poslouchat, všude tam, kde máme připojení k internetu ▫ není tedy potřeba speciálního vybavení pro příjem stačí počítač + internet + přehrávač
• „vysílání (tedy přenos dat)“ je realizován pomocí audio formátů, např. WMA, MP3, OGG, ACC atd. • internetové rádia používají datový tok (bitrate): kolem 64 – 160 kbit/s
Internetová rádia
FOTO-zdroj: http://www.casradio.cz http://www.evropa2.cz/ http://www.kissmorava.cz/
Aplikace pro poslech internetových rádií - funkce ! • přehrávání a vyhledávání rádií • zachytávání audio streamu a export do audio formátů, např. MP3 • během záznamu jedné stanice můžeme poslouchat stanici jinou • nahrávání lze i předem naplánovat (plánovač úloh) • můžeme pracovat s playlisty (např. *.m3u, *.pls, atd.) • uložení tag informací do hudebního souboru • update databáze stanic • náhodné přehrávání zvolené stanice • podpora stream TV
Aplikace pro poslech internetových rádií
1.10 Softwarové přehrávače audia na počítači
Programy pro přehrávání audia • • • • • • • • •
Winamp Musicmatch Jukebox KMPlayer BS Player VLC Media Player Winyl Evil Player PSPlayer2 atd.
Programy pro přehrávání audia
MusicMatch Jukebox
Winamp
BSplayer
Funkce audio přehrávačů • přehrávání mnoha zvukových formátů ▫ WAV, MP3, CDA, WMA, atd.
• organizace skladeb a případné vypálení na CD • ripování CD do MP3, AAC, WMA • sdílení playlistů a přístup k hudební knihovně odkudkoli • tvorba playlistů • vizuální prezentace – použití „skinů“
!
1.11 Programy pro práci se zvukem
Programy pro práci se zvukem • zde uvádím několik programů pro práci se zvukem: • Audacity • Adobe Audition • Goldwave • Nero WaveEditor • atd.
Programy pro práci se zvukem
Adobe Audition
Audacity FOTO-zdroj: http://download.chip.eu/ii/784558445_c95e336064.jpg
Programy pro práci se zvukem
Goldwave
Nero WaveEditor FOTO-zdroj: http://www.goldwave.com
Funkce programů pro práci se zvukem ! • otevírání, vytváření a ukládání audio souborů • přehrávání audio souboru nebo jeho libovolné části • nahrávání z mikrofonu nebo z jiného vstupního zařízení • vizuální editace audia • aplikace různých efektů • aplikace různých filtrů na vybrané části audio souboru • konvertování mezi jednotlivými audio formáty • možnost vypalování • možnost editace tagů pro MP3, WAV a OGG • atd.
1.12 Audio – praktická část
Praktická část • v této části si vyzkoušíme pár základních úkonů s editačním programem Audacity
Audacity
Audacity - vlastnosti • nástroj pro nahrávání, editaci a export zvuku • open source software • multiplatformní zvukový editor ▫ Mac OS, Windows, Linux
• jednoduché ovládání • je vybaven velkým množstvím efektů • atd.
Audacity – uživatelské prostředí
Audacity – nahrávání (1)
1. 2. 3. 4.
Stisknutím tlačítka „record“ se spustí nahrávání zvukového záznamu Záznam je nahráván z mikrofonu jedná se o „mono záznam“, proto poze jeden kanál (L - left) nastavení vstupní hlasitosti (citlivosti) mikrofonu
Audacity – nahrávání (2)
nahrávání - Stereo
Audacity - nahrávání • takto zachytávaný záznam se posléze přeruší pomocí tlačítka „stop“ a následně je uložen jako projekt ▫ tedy s příponou *.aup
• nebo exportován do některého z audio formátu ▫ např. Wav, MP3, Ogg Vorbis
Audacity - editace audio záznamu • střih audio stopy • mixování několika stop
Audacity – editace audio záznamu • jednotlivé nahrané audiozáznamy umisťujeme na časovou sou ▫ audiozáznamy můžeme skládat v libovolném pořadí např. úvodní melodie, poté proslov, potlesk, jednotlivé písně a nakonec poděkování a rozloučení se s účastníky konference, koncertu, atd.
▫ audiozáznamy můžeme také stříhat a ořezávat
začátky i konce audiozáznamů můžeme i vystřihnout část uprostřed audiozáznamu
▫ audiozáznamy můžeme také „mixovat“
tedy míchat dohromady (např. mluvené slovo doplněné hudbou)
Audacity – skládání a mixování
Audacity – „mixování“
Poznámka: na obrázku výše je znázorněno smíchání dvou stereo audiozáznamů. Stopa nahoře reprezentuje hudbu, která podbarvuje mluvené slovo – stopa dole
Audacity – použití efektů • tento program nabízí velmi mnoho efektů, aplikovatelných na audiozáznamy ▫ např.
echo postupný náběh (Fade In) do ztracena (Fade Out) odstranění praskání odstranění šumu změna rychlosti atd.
Audacity – odstranění šumu z nahrávky (1) • načtení šumu z tichého místa v audio nahrávce
▫ označíte tiché místo nahrávky (např. mezi slovy ve větě) viz obr. 1
• nabídky Efekty -> odstranění šumu • v dialogovém okně zvolíte: Získat profil šumu viz obr. 2
• označíte část audio nahrávky, nebo celou nahrávku, ve které chcete šum odstranit • nastavíte kolik šumu chcete odfiltrovat (Méně Více) viz obr. 3
• zvolíte Odstranit šum viz obr. 3
Audacity – odstranění šumu z nahrávky (2)
obr. 1 tiché místo v nahrávce
obr. 2 Získat profil šumu
obr. 3 Odstranění šumu
Audacity - cvičení
Audacity – cvičení 1 • vytvořte vyzváněcí melodii pro mobilní telefon ▫ požadavky: vstupem je nahrávka nekomprimovaného formátu WAV výstupní audio formát MP3 délka audiozáznamu je 10s
Audacity – cvičení 2 • spojení 2 audiozáznamů ▫ druhá mixovaná s třetí komentář doplněný hudbou délka komentáře 2 minuty použití souborů *.wav
Otázky k tématu • viz otazky_audio_skripta.docx
Použité zdroje [1] BEŠAK, R.: Metody digitalizace telefonního signálu, [online]. URL: http://cvut.cz/ [cit. 2011-6-28] [2] Oficiální stránky zabývající se audiem a videem [online]. URL: http://tvfreak.cz/ [cit. 2011-7-20 ] [3] Akustika, šíření zvuku, frekvenční analýza [online]. URL: http://homen.vsb.cz/~ber30/texty/varhany/anatomie/pistaly_akustika.htm [cit. 2011-6-26] [4] Slovník pojmů firmy Analysis Precision, zabývající se měřením hluku a vibrací [online]. URL: http://www.analysisprecision.cz/slovnikpojmu.html [cit. 2011-8-4] [5] Šíření zvuku [online]. URL: http://www.techmania.cz/edutorium/art_exponaty.php?xkat=fyzika&xser=416b757374696b61h&ke y=662 [cit. 2011-8-14] [6] PŘICHYSTAL, J.: Komprese zvuku, PEF MZLU Brno, 2010 [online]. URL: https://akela.mendelu.cz/~jprich/predn/komprimace.pdf [cit. 2011-7-7] [7] ŠVEC, J.: Přehled formátů prostorového zvuku, časopis Computer [online]. URL: http://www.zive.cz/clanky/prehled-formatu-prostoroveho-zvuku/sc-3-a-118366/default.aspx [cit. 2011-8-8]
