TKE317 Multimedia
Lecture 4: Audio Dr. Aris Triwiyatno, ST, MT Dept. of Electrical Engineering Diponegoro University
[email protected]
What is Sound Sound is generally known as vibrational transmission of mechanical energy that propagates through matter as a wave (through fluids as a compression wave, and through solids as both compression and shear waves) that is audibly perceived by a living organism through it's sense of hearing. For humans, hearing is limited to frequencies between about 20Hz and 20kHz, with the upper limit generally decreasing with age. Other species have a different ranges of hearing. (wikipedia.org)
Definisi • Suara adalah – fenomena fisik yang dihasilkan oleh getaran benda – getaran suatu benda yang berupa sinyal analog dengan amplitude amplitude yang berubah secara kontinu terhadap waktu
3
Frekuensi • Berdasarkan frekuensi, suara dibagi menjadi: – Infrasound 0Hz – 20 Hz – Pendengaran manusia 20Hz – 20 kHz – Ultrasound 20 20k kHz – 1 GHz – Hypersound 1GHz – 10 THz
4
Frekuensi • Suara manusia: 50Hz – 10kHz. • Suara musik : 20Hz – 20kHz. • Sistem multimedia menggunakan suara yang berada dalam kisaran pendengaran manusia.
5
Frekuensi • Audio: Audio: Suara pada kisaran pendengaran manusia.. manusia • Accoustic signals signals:: gelombang audio audio.. • Noise Noise:: Suara di luar kisaran pendengaran manusia / derau (getaran yang tidak teratur dan tidak berurutan dalam berbagai frekuensi, tidak dapat didengar manusia). 6
Amplitude Amplitud e • Keras lemahnya bunyi atau tinggi rendahnya gelombang. • Satuan amplitud amplitude e adalah de dessibel (d (dB B) • Bunyi mulai dapat merusak telinga jika tingkat volumenya lebih besar dari 85 dB dan pada ukuran 130 dB akan mampu menghancurkan menghancurkan gendang telinga
7
Kecepatan (Velocity (Velocity)) • Kecepatan perambatan gelombang bunyi sampai ke telinga pendengar. • Satuan yang digunakan: m/s • Pada udara kering dg suhu 20 °C (68 °F) kecepatan rambat suara lk 343 m/s
8
Representasi Suara • Gelombang suara analog tidak dapat langsung direpresentasikan pada komputer. • Komputer mengukur amplitude pada satuan waktu tertentu untuk menghasilkan sejumlah angka. Tiap satuan pengukuran ini dinamakan “SAMPLE” / cuplik.
9
Konversi Analog – Digital • Adalah proses mengubah amplitude gelombang bunyi menjadi level tertentu dalam interval yg tetap (disebut juga sampling/pencuplikan), sehingga menghasilkan representasi digital dari suara.
10
Laju Pencuplikan (Sampling rate) rate) • Laju pencuplikan: jumlah sample gelombang yang diambil dalam satu detik. • Contoh : jika kualitas CD Audio dikatakan memiliki frekuensi sebesar 44100 Hz, berarti jumlah cuplik (sample) sebanyak 44100 setiap detik.
11
Sampling 1. 2. 3.
4.
Membuang frekuensi tinggi dari source signal Mengambil sample pada interval waktu tertentu (sampling) Menyimpan amplitude sample dan mengubahnya ke dalam bentuk diskret (kuantisasi) Merepresentasikan dalam nilai biner.
12
Nyquist • Nyquist Sampling Rate : untuk memperoleh representasi akurat dari suatu sinyal analog secara lossless, amplitudenya harus diambil sample-nya minimal pada kecepatan (rate) sama atau lebih besar dari 2 kali lipat komponen frekuensi maksimum yang akan didengar. • Mis: Untuk sinyal analog dengan bandwith 15Hz – 10kHz → sampling rate = 2 x 10kHz = 20 kHz
13
Sound recorded
14
Sound played
15
Kualitas Digital Recording Tergantung pada : • Sample Rate • Sample Size • Channels • Codecs
16
Kualitas Digital Recording (1) SAMPLE RATE Rate at which samples are captured Number of times/sec that waveform is measured 1000 samples per second = 1 KHZ (1000HZ)
17
Kualitas Digital Recording (1) SAMPLE RATE Rate at which samples are captured Number of times/sec that waveform is measured 1000 samples per second = 1 KHZ (1000HZ)
18
Kualitas Digital Recording (1) SAMPLE RATE Rate at which samples are captured Number of times/sec that waveform is measured 1000 samples per second = 1 KHZ (1000HZ)
8 KHZ VOICE ONLY 22 KHZ MUSIC FILES
19
Kualitas Digital Recording (2) SAMPLE SIZE Resolution or precision that sample was taken
Kualitas Digital Recording (3) CHANNELS Mono vs. Stereo Mono signal •one stream of data reproduced equally on both speaker channels •Lose stereo separation
Stereo signal •consists of two streams of data working together (left,right) •double the size of mono file
Kualitas Digital Recording (4) CODECS Software programs that greatly reduce the audio file size Codecs use lossy compression Removes redundant and less-significant data Each time compression applied, quality of level of the file diminishes See file formats section for compression use
Kualitas Digital Recording SUMMARY Combine Sample Rate, Sample Size, Channel 1 kHZ = 1000 cycles per second Higher sampling rate and the larger the sample size, the more accurately sound can be digitized.
Quality of the digitized sound gets better
Kualitas Digital Recording The size of a file is a constant calculation based on: sample rate bit Depth number of channels (mono or stereo), compression Comparison of file sizes for an uncompressed 16 bit, 44.1 kHz WAV music file: Size in Bytes Mono Stereo
1 minute
2 minutes
3 minutes
5,168 (5.2 MB) 10,336 (10.3 MB)
10,336 (10.3 MB) 20,672 (20.6 MB)
15,504 (15.5 MB) 31,007 (31 MB)
http://www.audioboxinc.com/images/graph.PDF
Sound on the Web Using audio on the Web? Audio files are quite large File Size and File format is important File Size • Select small sized files • The smaller the file, the faster the webpage will download, and the faster it will start up playing the sound file
File Formats •Consider: • Platform Support • Browser Support • Compressed or Uncompressed quality • Used for what?
Sound File Formats So which format is best?
uncompressed
Format Audio – AAC • AAC (Advanced Audio Coding) [ .m4a ] – AAC bersifat lossy compression (data hasil kompresi tidak bisa dikembalikan lagi ke data sebelum dikompres secara sempurna, karena setelah dikompres terdapat data-data yang hilang). – AAC merupakan audio codec yang menyempurnakan MP3 dalam hal medium dan high bit rates.
27
Format Audio - AAC •
Cara kerja: 1. Bagian-bagian sinyal yang tidak relevan dibuang. 2. Menghilangkan bagian-bagian sinyal yang redundan. 3. Dilakukan proses MDCT (Modified Discrete Cosine Transform) berdasarkan tingkat kekompleksitasan sinyal. 4. Adanya penambahan Internal Error Correction. 5. Kemudian, sinyal disimpan atau dipancarkan.
28
Format Audio - AAC • Kelebihan AAC dari MP3: 1. Sample ratenya antara 8 Hz – 96 kHz, sedangkan MP3 16 Hz – 48 kHz. 2. Memiliki 48 channel. 3. Suara lebih bagus untuk kualitas bit yang rendah (dibawah 16 Hz). – Software pendukung AAC : IPod dan Itunes, Winamp. – Handphone : Nokia N91, Sony Ericsson W800, dan Motorola ROKR E1. – Hardware: Play Station Portable (PSP) pada Agustus 2005.
29
Format Audio - WAV • WAVEFORM AUDIO [ .WAV ] • WAV adalah format audio standar Microsoft dan IBM untuk PC. – WAV biasanya menggunakan coding PCM (Pulse Code Modulation) – WAV adalah data tidak terkompres sehingga seluruh sampel audio disimpan semuanya di harddisk. – Software yang dapat menciptakan WAV dari Analog Sound misalnya adalah Windows Sound Recorder. – WAV jarang sekali digunakan di internet karena ukurannya yang relatif besar. – Maksimal ukuran file WAV adalah 2GB.
30
Format Audio - AIF • Audio Interchange File Format [.AIF] – Merupakan format standar Macintosh. – Software pendukung: Apple QuickTime
31
Format Audio - CDA • Audio CD [.cda] – Format untuk mendengarkan CD Audio – CD Audio stereo berkualitas sama dengan PCM/WAV yang memiliki sampling rate 44100 Hz, 2 Channel (stereo) pada 16 bit. – Durasi = 75 menit – Dynamic range = 95 dB.
32
Format Audio – mp3 • Mpeg Audio Layer 3 [.mp3] – – – – – – – –
lossy compression. ukurannya yang cukup kecil dipakai di Internet. Distandarisasi pada tahun 1991. Kompresi menghilangkan bagian-bagian bunyi yang kurang berguna. Kompresi mp3 dengan kualitas 128 bits 44000 Hz file berukuran 3-4 MB, panjang pendek lagu berpengaruh. Pemutar file mp3 : Winamp. Encoder : LAME (Lame ain’t MP3 Encoder), Freeware 1998. Macam-macam bit rate: 32, 40, 48, 56, 64, 80, 96, 112, 128, 160, 192, 224, 256 and 320 kbit/s
33
Sound File Formats
Having fun with... Multimedia
