close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

Стандарты звукозаписи. Лекция 4

код для вставкиСкачать
Стандарты звукозаписи
Лекция №4
История звукозаписи
Изобретателем звукозаписи является Томас Алва Эдисон
.
История звукозаписи
История звукозаписи началась от укола иглой. Первое звукозаписывающее устройство получило название «
Фонограф
»
История звукозаписи
В
своих
дневниках
Томас
Эдисон
вспоминает
:
«Однажды,
когда
я
работал
над
улучшением
телефона,
я
как
-
то
запел
над
его
диафрагмой
(тоненькой
стальной
пластинкой),
к
которой
была
припаяна
игла
.
Благодаря
дрожанию
пластинки,
игла
уколола
мне
палец,
что
заставило
меня
задуматься
.
Если
бы
можно
было
записать
эти
колебания
иглы,
а
потом
снова
провести
иглой
по
такой
записи
–
отчего
бы
пластинке
не
заговорить?
Вот
и
вся
история
:
не
уколи
я
палец
–
не
изобрел
бы
фонографа!»
.
История звукозаписи
Именно
с
изобретения
фонографа,
а
вернее
с
12
августа
1877
года,
и
начинается
точка
отсчета
истории
звукозаписи
.
В
этот
день
Эдисон
сделал
первую
в
мире
звукозапись,
зафиксировав
на
цилиндре
фонографа,
выступавшего
в
то
время
носителем
информации,
американскую
мелодию
Mary
Had
A
Little
Lamb
.
Принцип работы фонографа
Первая
машина
для
записи
звука
имела
цилиндр,
который
поворачивался
при
помощи
ручки,
рожок
и
затупленную
иглу
.
С
узкого
конца
рожок
был
закрыт
гибкой
мембраной
.
Входящие
с
широкой
стороны
рожка
звуки
вызывали
колебания
этой
мембраны,
к
которой
крепилась
игла
.
Игла
двигалась
вверх
и
вниз
под
воздействием
звуков
.
Принцип работы фонографа
Цилиндр
покрывал
слой
оловянной
фольги
.
Игла
вдавливалась
в
эту
фольгу,
а
рожок
вместе
с
иглой
медленно
двигался
вдоль
цилиндра,
по
мере
того
как
поворачивалась
ручка
.
Таким
образом,
обойдя
вокруг
цилиндра
много
раз,
иголка
выдавливала
на
фольге
дорожку
.
Когда
кто
-
нибудь
говорил
или
пел
в
рожок,
игла
при
этом
совершала
движения
вверх
и
вниз
.
Опускаясь,
игла
делала
более
глубокие
бороздки
в
фольге,
а
поднимаясь
более
мелкие
.
Принцип работы фонографа
Изменение
глубины
бороздок
и
было
отражением
звуковых
волн,
производимых
при
речи
или
при
пении
.
Так
происходила
запись
звука
.
Принцип работы фонографа
Чтобы
воспроизвести
запись,
рожок
с
иглой
перемещали
обратно,
к
началу
бороздки
.
Когда
игла
двигалась
по
бороздке,
она
заставляла
вибрировать
тонкую
мембрану
в
такой
же
последовательности,
как
и
при
записи
.
Это
вызывало
колебания
воздуха
в
рожке,
что
и
было
причиной
возникновения
звука,
напоминающего
прозвучавший
при
записи
.
Совершенствование фонографа
Оловянная
фольга,
покрывавшая
валик,
в
скором
времени
сменилась
тонким
слоем
воска
.
Однако,
несмотря
на
все
попытки,
добиться
качественной
и
долговечной
записи
не
получалась
.
Требовались
новые
технические
решения
.
Граммофон
1888
г
.
–
изобретение
граммофона
немцем
Эмилем
Берлинером
.
После
записи
фонограмма
покрывалась
лаком
и
служила
для
получения
отпечатка
на
хроможелатиновом
слое
.
Позднее
стали
применять
кислотное
травление,
в
качестве
подложки
использовать
цинк,
а
в
качестве
защитного
слоя
-
воск
.
Граммофон
Применяя
как
оригинал
цинк,
протравленный
в
хромовой
кислоте,
получали
гальванопластические
копии
.
Первая
граммофонная
пластинка
была
изготовлена
из
целлулоида
.
Чуть
позднее
стали
применять
диски
из
шеллака,
шпата
и
сажи
.
Позднее
шеллак
был
заменен
синтетическими
смолами,
наиболее
популярной,
среди
которых,
была
винилитовая
смола
.
Граммофон
Хотя
применялись
и
иные,
более
экзотические
материалы
.
В
частности,
изготавливали
пластинники
из
шоколада,
а
также
из
стекла
.
В
современной
истории,
в
период
гонений
на
джаз,
умельцы
нашли
весьма
своеобразный
выход,
и
использовали
для
записи
довольно
доступный
материал
–
рентгенографические
пленки
.
Такие
пластинки
были
прозваны
в
народе
записями
«на
костях»
.
Патефон
На
смену
граммофону
пришел
патефон
.
Благодаря
некоторым
улучшениям,
он
имел
более
портативный
размер,
что
привело
к
очень
широкой
популярности
и
распространению
данного
прибора,
повлекшего
за
собой
и
популяризацию
музыкальных
записей
.
Пластинки
постоянно
дешевели
.
Для
их
изготовления
стали
использовать
весьма
недорогие
материалы,
остановившись,
в
конце
концов,
на
виниле
.
Именно
виниловые
пластинки
и
стали
постоянными
спутниками
всех
меломанов
мира
.
Граммофон
Патефон
Электрофон
Развитие устройств хранения звука
Практически
одновременно
с
изобретением
фонографа,
предпринимались
первые
попытки
магнитной
записи
звука
.
Впервые
такая
мысль
была
высказана
Оверлингом
Смитом
в
1888
г
.
Описанное
Смитом
устройство
имело
все
отличительные
признаки
магнитофона
:
магнитный
носитель
информации,
механизм
для
его
подачи
и
магнитную
головку
.
Развитие устройств хранения звука
К
сожалению,
детище
Смита
так
и
не
«пошло
в
серию»,
так
что
реальным
рождением
магнитная
запись
обязана
датчанину
Паульсену,
который
в
1898
г
.
продемонстрировал
работоспособный
аппарат
–
магнитофон,
где
носителем
записи
была
стальная
проволока
.
Развитие устройств хранения звука
Недостатком
использования
проволоки
в
качестве
носителя
была
проблема
соединения
отдельных
ее
кусков
.
Связывать
их
узелком
было
невозможно,
так
как
он
не
проходил
через
магнитную
головку
.
Понимая
эту
проблему,
Паульсен
разработал
способ
магнитной
записи
на
вращающийся
стальной
диск
.
Информация
на
нем
записывалась
по
спирали,
перемещающейся
магнитной
головкой
.
Развитие устройств хранения звука
Это
был
прообраз
современных
дискет
или
винчестеров
современных
компьютеров
.
Первые
магнитофоны
описанной
конструкции
не
дотягивали,
по
качеству
записи,
популярным
в
то
время
граммофонам
.
Именно
поэтому,
развитие
магнитной
записи
было
несколько
приостановлено,
вплоть
до
двадцатых
годов
прошлого
века
.
Магнитофон Паульсена
Развитие устройств хранения звука
Конечно,
попытки
предпринимались,
но
отсутствие
усилителей
не
давало
добиться
значительных
результатов
.
Все
изменилось
с
изобретением
вакуумных
электронных
ламп,
а
наибольших
успехов,
магнитная
звукозапись
добилась
с
появлением
усовершенствованных
магнитных
головок,
применения
подмагничивания
и
порошковой
магнитной
ленты
.
Развитие устройств хранения звука
В
1927
году
Фрицем
Флеймером
быда
разработана
технология
производства
магнитной
ленты
на
немагнитной
основе
.
На
основе
этого
изобретения,
в
1935
году
немецкие
компании
«АEG»
и
«IG
Farbenindustri»
пустили
в
производство
магнитную
ленту
на
пластмассовой
основе,
которая
была
покрыта
металлическим
порошком
.
Развитие устройств хранения звука
Специально
для
использования
магнитной
ленты,
было
разработано
совершенно
новое
электромеханическое
устройство,
получившее
фирменное
название
«Magnetofon»,
которое
и
стало,
в
конце
концов,
наименованием
всех
подобных
устройств
.
Изначально
магнитофоны
были
выполнены
в
катушечном
«форм
-
факторе»
.
Magnetofon
Развитие устройств хранения звука
Однако
постепенно
к
ним
на
смену
пришли
магнитофоны
кассетные,
где
обе
миниатюрные
катушки,
с
магнитной
пленкой
и
пустая,
были
помещены
в
специальную
компакт
-
кассету
и
конец
пленки
заранее
закреплен
на
пустой
катушке
.
Параллельно
совершенствовалась
и
грамзапись
.
С
развитием
радиотехники
появились
радиолы,
проигрыватели,
и
электрофоны
.
Развитие устройств хранения звука
Пружинный
двигатель
был
заменен
электрическим
.
При
тех
же
размерах
пластинки
скорость
уменьшилась
до
33
1
/
3
об/мин,
а
увеличение
плотности
записи
позволило
создать
долгоиграющие
пластинки
.
В
1979
году
компания
Philips
совместно
с
Sony
предъявили
миру
абсолютно
новый
носитель
информации
–
оптический
диск
для
записи
и
воспроизведения
звука
.
Развитие устройств хранения звука
И
уже
в
1982
году
началось
массовое
производство
компакт
-
дисков
на
заводе
в
Германии
.
С
помощью
лазерного
луча
сигналы
записываются
на
вращающийся
оптический
диск
цифровым
методом
.
В
результате
записи
на
диске
образуется
спиральная
дорожка,
состоящая
из
впадин
и
гладких
участков
.
Развитие устройств хранения звука
В
режиме
воспроизведения
лазерный
луч,
сфокусированный
на
дорожку,
перемещается
по
поверхности
вращающегося
диска
и
считывает
записанную
информацию
.
При
этом
впадины
считываются
как
нули,
а
ровно
отражающие
свет
участки
–
как
единицы
.
Развитие устройств хранения звука
Цифровой
метод
записи
обеспечивает
практически
полное
отсутствие
помех
и
высокое
качество
звучания,
а
очень
высокая
плотность
записи
достигается
благодаря
фокусированию
лазерного
луча
в
пятно
размером
менее
1
мкм
.
На
смену
компакт
-
дискам
приходит
еще
более
новый
стандарт
носителей
информации
–
DVD
.
Развитие устройств хранения звука
Основное
отличие
DVD
-
диска
–
гораздо
более
высокая
плотность
записи
информации
.
Это
достигается
благодаря
более
короткой
длине
волны
лазера
и
меньшему
размеру
пятна
сфокусированного
луча,
благодаря
чему
расстояние
между
дорожками
уменьшилось
вдвое
.
DVD
-
диски,
также,
могут
иметь
один
или
два
слоя
информации
.
Развитие устройств хранения звука
Всего
DVD
-
стандарт
предусматривает
4
модификации
:
односторонний,
однослойный
емкостью
4
,
7
Гбайт
односторонний,
двухслойный
емкостью
8
,
8
Гбайт
двухсторонний,
однослойный
емкостью
9
,
4
Гбайт
двухсторонний,
двухслойный
емкостью
17
Гбайт
Следующий
шаг
-
карты
памяти,
применяемые
в
основном
в
MP
3
-
плейерах
и
мобильных
телефонах
.
Основные свойства звука
Звук
-
распространяющиеся
в
упругих
средах,
газах,
жидкостях
и
твердых
телах
механические
колебания,
воспринимаемые
ухом
.
Источник
звука
-
различные
колеблющиеся
тела,
например
туго
натянутая
струна
или
тонкая
стальная
пластина,
зажатая
с
одной
стороны
.
Основные свойства звука
Как
возникают
колебательные
движения?
Достаточно
оттянуть
и
отпустить
струну
музыкального
инструмента
или
стальную
пластину,
зажатую
одним
концом
в
тисках,
как
они
будут
издавать
звук
.
Колебания
струны
или
металлической
пластинки
передаются
окружающему
воздуху
.
Основные свойства звука
Когда
пластинка
отклонится,
например
в
правую
сторону,
она
уплотняет
(сжимает)
слои
воздуха,
прилегающие
к
ней
справа
;
при
этом
слой
воздуха,
прилегающий
к
пластине
с
левой
стороны,
разредится
.
При
отклонении
пластины
в
левую
сторону
она
сжимает
слои
воздуха
слева
и
разрежает
слои
воздуха,
прилегающие
к
ней
с
правой
стороны,
и
т
.
д
.
Сжатие
и
разрежение
прилегающих
к
пластине
слоев
воздуха
будет
передаваться
соседним
слоям
.
Основные свойства звука
Этот
процесс
будет
периодически
повторяться,
постепенно
ослабевая,
до
полного
прекращения
колебаний
Таким
образом
колебания
струны
или
пластинки
возбуждают
колебания
окружающего
воздуха
и,
распространяясь,
достигают
уха
человека,
заставляя
колебаться
его
барабанную
перепонку,
вызывая
раздражение
слухового
нерва,
воспринимаемое
нами
как
звук
.
Основные свойства звука
Колебания
воздуха,
источником
которых
является
колеблющееся
тело,
называют
звуковыми
волнами
,
а
пространство,
в
котором
они
распространяются,
звуковым
полем
.
Скорость
распространения
звуковых
колебаний
зависит
от
упругости
среды,
в
которой
они
распространяются
.
Основные свойства звука
В
воздухе
скорость
распространения
звуковых
колебаний
в
среднем
равна
330
м/с
,
однако
она
может
изменяться
в
зависимости
от
его
влажности,
давления
и
температуры
.
В
безвоздушном
пространстве
звук
не
распространяется
.
При
распространении
звука,
вследствие
колебаний
частиц
среды,
в
каждой
точке
звукового
поля
происходит
периодическое
изменение
давления
.
Основные свойства звука
Среднее
квадратичное
значение
величины
этого
давления,
обозначаемое
буквой
P,
называют
звуковым
давлением
.
За
единицу
звукового
давления
принята
величина,
равная
силе
в
один
ньютон
(Н),
действующей
на
площадь
в
один
квадратный
метр
(Н/м
2
)
.
Основные свойства звука
Чем
больше
звуковое
давление,
тем
громче
звук
.
При
средней
громкости
человеческой
речи
звуковое
давление
на
расстоянии
1
м
ото
рта
говорящего
находится
в
пределах
0
,
0064
-
0
,
64
.
Звуковые колебания
Форма
звуковых
колебаний
зависит
от
свойств
источника
звука
.
Наиболее
простыми
колебаниями
являются
равномерные
или
гармонические
колебания,
которые
можно
представить
в
виде
синусоиды
.
Такие
колебания
характеризуются
частотой
f,
периодом
Т
и
амплитудой
А
.
Звуковые колебания
Частота
колебаний
-
количество
полных
колебаний
в
секунду
.
За
единицу
измерения
частоты
принят
1
герц
(Гц)
.
1
герц
соответствует
одному
полному
(в
одну
и
другую
сторону)
колебанию,
происходящему
за
одну
секунду
.
Звуковые колебания
Период
-
время
(с),
в
течение
которого
происходит
одно
полное
колебание
.
Чем
больше
частота
колебаний,
тем
меньше
их
период,
т
.
е
.
f=
1
/T
.
Таким
образом,
частота
колебаний
тем
больше,
чем
меньше
их
период,
и
наоборот
.
Звуковые колебания
Амплитуда
колебаний
-
наибольшее
отклонение
колеблющегося
тела
от
его
первоначального
(спокойного)
положения
.
Чем
больше
амплитуда
колебания,
тем
громче
звук
.
Равномерные (гармонические) колебания
Звуковые колебания
Голос
человека
создает
звуковые
колебания
частотой
от
80
до
12000
Гц,
а
слух
воспринимает
звуковые
колебания
в
диапазоне
16
-
20000
Гц
.
Звуки
человеческой
речи
представляют
собой
сложные
звуковые
колебания,
состоящие
из
того
или
иного
количества
простых
колебаний,
различных
по
частоте
и
амплитуде
.
В
каждом
звуке
речи
имеется
только
ему
свойственное
сочетание
колебаний
различной
частоты
и
амплитуды
.
Поэтому
форма
колебаний
одного
звука
речи
заметно
отличается
от
формы
другого,
Равномерные (гармонические) колебания
Равномерные (гармонические) колебания
Равномерные (гармонические) колебания
Звуковые колебания
Любые
звуки
человек
характеризует
в
соответствии
со
своим
восприятием
по
уровню
громкости
и
высоте
.
Громкость
тона
какой
-
либо
данной
высоты
определяется
амплитудой
колебаний
.
Высота
тона
определяется
частотой
колебания
.
Колебания
высокой
частоты
воспринимаются
как
звуки
высокого
тона,
низкой
частоты
-
как
звуки
низкого
тона
Равномерные (гармонические) колебания
Два музыкальных тона одной высоты и разной громкости Равномерные (гармонические) колебания
Два музыкальных тона одинаковой громкости и разной высоты
Тембр звука
Негармоническое
периодическое
воздействие
с
периодом
Т
равносильно
одновременному
действию
гармонических
сил
с
различными
частотами,
а
именно
с
частотами,
кратными
наиболее
низкой
частоте
n=
1
/T
.
Это
заключение
является
частным
случаем
общей
математической
теоремы,
которую
доказал
в
1822
г
.
Жан
Батист
Фурье
.
Теорема Фурье
Всякое
периодическое
колебание
периода
Т
может
быть
представлено
в
виде
суммы
гармонических
колебаний
с
периодами,
равными
Т,
T/
2
,
T/
3
,
T/
4
и
т
.
д
.
,
т
.
е
.
с
частотами
n=(
1
/T),
2
n,
3
n,
4
n
и
т
.
д
.
Тембр звука
Наиболее
низкая
частота
n
называется
основной
частотой
.
Колебание
с
основной
частотой
n
называется
первой
гармоникой
или
основным
тоном
,
а
колебания
с
частотами
2
n,
3
n,
4
n
и
т
.
д
.
называются
высшими
гармониками
или
обертонами
(первым
-
2
n,
вторым
-
3
n
и
т
.
д
.
)
.
Тембр звука
Каждый
звук,
издаваемый
различными
музыкальными
инструментами,
голосами
различных
людей
имеет
свои
характерные
особенности
-
своеобразную
окраску
или
оттенок
.
Эти
особенности
звука
называют
тембром
.
Осциллограммы звуковых колебаний
Осциллограммы звуковых колебаний
Тембр звука
На
рисунках
приведено
звучание
одной
и
той
же
ноты
на
двух
разных
музыкальных
инструментах
.
Осциллограммы
показывают,
что
период
у
обоих
колебаний
одинаков,
но
они
сильно
отличаются
друг
от
друга
по
своей
форме
и,
следовательно,
различаются
своим
гармоническим
составом
.
Оба
звука
состоят
из
одних
и
тех
же
тонов,
но
в
каждом
из
них
эти
тоны
-
основной
и
его
обертоны
-
представлены
с
разными
амплитудами
и
фазами
.
Нелинейность звука
Для
нормального
среднестатистического
органа
слуха
человека
существуют
некоторые
предельные
(пороговые)
минимальные
значения
физических
параметров
звукового
поля,
при
которых
еще
существует
слуховое
ощущение
.
Таким
порогом
слышимости
являются
стандартизованная
интенсивность
звука
I
0
=
10
...
12
Вт/м
2
(близкая
к
порогу
слышимости
при
f=
1000
Гц
в
тишине),
а
также
соответствующие
ей
звуковое
давление
p
0
=
2
*
10
-
5
Па
и
плотность
звуковой
энергии
e
0
=
3
*
10
-
15
Дж/м
3
.
Нелинейность звука
Порог
слышимости
является
частнозависимым
.
Выше
порога
слышимости
расположена
область
слышимости
.
Верхний
порог
слышимости,
выше
которого
может
наступить
разрушение
органа
слуха
-
болевой
порог,
ему
соответствует
давление
p
max
=
150
...
200
Па,
что
превосходит
величину
p
0
=
2
*
10
-
5
Па
в
107
раз
.
Осциллограммы звуковых колебаний
Запись звука
Запись
звука
-
это
преобразование
сигналов
в
пространственное
изменение
состояния
или
формы
некоторого
физического
тела
(носителя
записи)
с
целью
сохранения
в
нем
информации
для
последующего
ее
извлечения
(получения)
.
Информацию,
сохраняемую
в
носителе
записи,
называют
записью
.
Носитель
записи,
содержащий
информацию,
полученную
в
процессе
записи,
называют
фонограммой
.
Способы записи звука
Способы
записи
:
Механический
(грамзапись)
Фотографический
Магнитный
Лазерный
Механическая запись
Первичную
запись
ведут
на
диск
из
аморфной
меди
или
на
дюралюминиевый
диск,
покрытый
лаковым
слоем
(так
называемый
лаковый
диск)
.
Записывающий
элемент
-
острие
резца
рекордера
перемещается
механизмом
в
радиальном
направлении
-
от
края
к
центру
-
и
вырезает
в
меди
или
лаковом
слое
спиральную
канавку
.
Механическая запись
Помимо
поступательного
перемещения
в
радиальном
направлении
резец
в
соответствии
с
записываемым
сигналом
совершает
колебания
в
горизонтальной
и
вертикальной
плоскостях
.
В
результате
изменяются
ширина
и
глубина
канавки
.
С
медного
или
лакового
диска
гальваническим
путем
снимают
копию,
в
которой
углублениям
канавки
соответствуют
выступающие
борозды
.
Эта
копия
используется
как
матрица
при
прессовании
или
штамповке
пластмассовых
грампластинок
.
Фотографическая запись
В
качестве
носителя
используют
светочувствительный
носитель
-
прозрачную
пластмассовую
основу
в
виде
ленты,
покрытую
светочувствительным
слоем
.
Фонограмма
образуется
в
результате
фотографического
процесса
.
Под
воздействием
записываемого
сигнала
изменяется
световой
поток,
попадающий
на
движущийся
носитель
.
Фотографическая запись
Киноленту
проявляют,
промывают,
закрепляют,
сушат
.
С
полученного
негатива
снимают
позитивную
копию
и
повторяют
перечисленные
фотохимические
процессы
.
В
результате
образуется
фотографическая
фонограмма
.
Сигнал
отображается
на
киноленте
в
виде
прозрачной
полоски
переменной
ширины
или
переменной
плотности
(прозрачности)
.
Фотографическая запись
Чтобы
воспроизвести
записанный
сигнал,
движущуюся
фонограмму
просвечивают
пучком
света
.
Магнитная запись
Магнитную
запись
на
движущийся
ферромагнитный
носитель
производят
с
помощью
особого
электромагнита
-
магнитной
головки
-
в
обмотку
которого
подают
ток
сигнала
.
Магнитное
поле
электромагнита
намагничивает
носитель
записи,
в
качестве
которого
используют
пластмассовую
ленту,
покрытую
порошком
окислов
ферромагнитных
металлов
или
металлическим
ферромагнитным
слоем
.
Магнитная запись
Фонограмма
получается
в
виде
намагниченных
участков
разной
длины
.
Она
не
нуждается
ни
в
каких
процессах
обработки
и
может
быть
воспроизведена
немедленно
с
помощью
устройства,
аналогичного
записывающему
.
Лазерная запись
Комбинацией
механического
и
оптического
способов
записи
является
запись
лазерным
лучом
на
компакт
-
диски
.
Запись
ведут
модулированным
лучом
лазера
на
вращающийся
диск
.
Под
его
воздействием
в
материале
первичного
носителя
образуются
углубления
-
лунки
-
разной
длины
.
Далее
как
и
при
механической
записи,
получают
матрицу
.
Прессованием
получают
копии
первичной
записи
.
Для
воспроизведения
также
используют
луч
лазера
.
Магнитооптическая запись
Магнитооптическая
запись
(или
запись
на
MiniDisk)
-
это
гибрид
магнитной
и
лазерной
записи
.
В
ней
для
записи
используется
и
лазерный
луч,
и
магнитная
головка
.
Главная
технология
формата
MD
заложена
в
самом
носителе,
специальный
магнитный
слой
которого
обладает
одним
очень
полезным,
хотя
и
немного
странным
свойством
.
Магнитооптическая запись
Если
этот
слой
намагничен
отрицательным
полюсом
магнита,
то
отражающийся
от
его
поверхности
лазерный
луч
немного
отклонится
в
одну
сторону
.
Если
этот
слой
намагничен
положительным
полюсом,
то
он
отклоняет
луч
в
другую
сторону
.
И
хотя
отклонения
составляют
всего
лишь
около
одного
градуса,
этого
достаточно,
чтобы
их
уловил
считывающий
сенсор
и
зарегистрировал
в
виде
нулей
и
единиц
цифрового
сигнала
Микрофоны
Микрофон
-
это
устройство
для
преобразования
акустических
колебаний
воздушной
среды
в
электрические
сигналы
.
Классификация микрофонов
По
назначению
:
профессиональные
бытовые
(любительские)
.
Профессиональные
используют
при
звукозаписи
в
радиовещании,
телевидении,
системах
звукоусиления,
для
акустических
измерений
и
т
.
д
.
Бытовые
микрофоны
используют
при
домашней
звукозаписи
.
Классификация микрофонов
По
способу
преобразования
колебаний
:
электродинамические
(ленточные
и
катушечные),
электростатические
(конденсаторные
и
электретные),
электромагнитные
угольные
Классификация микрофонов
По
диапазону
воспринимаемых
частот
:
узкополосные
(речевые)
широкополосные
(музыкальные)
Классификация микрофонов
По
направленности
:
ненаправленные
(круговые)
двусторонненаправленные
Восьмеричные
Косинусоидальные
односторонненаправленные
Кардиоидные
Суперкардиоидные
Гиперкардиоидные
Остронаправленные
Классификация микрофонов
По
помехозащищенности
:
шумозащищенные
обычного
исполнения
По
электроакустическим
параметрам
микрофоны
разделяют
на
четыре
группы
сложности
:
нулевая
(высшая),
первая,
вторая
и
третья
.
Классификация микрофонов
Микрофоны
нулевой,
первой
и
второй
групп
сложности
предназначены
для
звукопередачи,
звукозаписи
и
звукоусиления
музыки
и
речи
.
Микрофоны
третьей
группы
сложности
-
только
для
речи
.
Основные параметры микрофонов
1.
номинальный
диапазон
частот
2.
модуль
полного
электрического
сопротивления
3.
чувствительность
4.
типовая
частотная
характеристика
чувствительности
5.
характеристика
направленности
Основные параметры микрофонов
Номинальный
диапазон
частот
-
тот
диапазон
частот,
в
котором
микрофон
воспринимает
акустические
колебания
и
в
котором
нормируются
его
параметры
.
Для
профессиональных
студийных
целей
обычно
стремятся
использовать
микрофоны
нулевой
группы
сложности
высшей
категории
качества,
для
которых
нормируется
диапазон
частот
20
...
20000
Гц
.
Микрофоны
первой
группы
сложности
должны
иметь
номинальный
диапазон
частот
не
менее
31
,
5
...
18000
Гц,
второй
группы
50
...
15000
Гц,
третьей
группы
63
...
12500
Гц
.
Основные параметры микрофонов
Модуль
полного
электрического
сопротивления
(называемого
также
выходным
или
внутренним)
нормируется
на
частоте
1
кГц
.
Сопротивление
может
быть
комплексным
или
активным
.
Если
оно
комплексное
и,
следовательно,
зависимое
от
частоты,
то
приводят
или
модуль
на
частоте
1
кГц,
или
среднее
значение
по
диапазону
частот
.
Основные параметры микрофонов
Для
микрофонов
нулевой
и
первой
групп
сложности
нормируется
значение
модуля
полного
электрического
сопротивления
50
Ом
и
менее,
100
и
200
Ом,
а
для
микрофонов
второй
и
третьей
групп
сложности
также
еще
и
2
кОм
.
Основные параметры микрофонов
Чувствительность
микрофона
-
это
отношение
напряжения
U
на
выходе
микрофона
к
воздействующему
на
него
звуковому
давлению
р,
выраженное
в
милливольтах
на
паскаль
(мВ/Па)
:
E=U/p
.
Уровень
чувствительности
-
чувствительность,
выраженная
в
децибелах
относительно
величины
Енач
=
1
В/Па
Основные параметры микрофонов
Неравномерность
частотной
характеристики
определяется
как
разность
между
максимальным
и
минимальным
уровнями
чувствительности
микрофона
в
номинальном
диапазоне
частот
и
выражается
в
децибелах
.
Характеристика
направленности
R(q)
-
зависимость
чувствительности
микрофона
в
свободном
поле
на
определенной
частоте
f
от
угла
q
между
рабочей
осью
микрофона
и
направлением
на
источник
звука
.
Диаграмма
направленности
-
это
графическое
изображение
характеристики
направленности,
которое
чаще
всего
приводят
в
полярных
координатах
.
Представление звуковой информации
Звуковая
информация
представляется
в
цифровом
виде
в
двух
принципиально
разных
формах
–
WAVE
и
MIDI
.
WAVE
-
форма
используется
для
цифровых
аудиодисков
.
MIDI
используется
в
электронных
музыкальных
инструментах
.
WAVE
-
форма звука
WAVE
-
форма
звука
получается
при
оцифровке
,
или
дискретизации
,
непрерывной
звуковой
волны
(аналогового
аудиосигнала)
.
При
оцифровке
аналого
-
цифровой
преобразователь
(АЦП)
–
измеряет
амплитуду
волны
через
равные
промежутки
времени
со
скоростью
несколько
тысяч
измерений
в
секунду
и
запоминает
в
Wave
-
файл
измеренные
значения
.
WAVE
-
форма звука
Они
называются
выборками
(по
англ
.
sample,
откуда
еще
одно
название
дискретизации
–
сэмплинг
)
.
Обратное
преобразование
WAVE
-
формы
звука
в
аналоговый
сигнал
осуществляется
цифро
-
аналоговым
преобразователем
(ЦАП)
.
WAVE
-
форма звука
Фонограмма
первых
10
секунд
40
-
й
симфонии
Моцарта,
содержащая
2
205
000
выборок
.
WAVE
-
форма звука
Фрагмент
этой
же
записи,
содержащий
только
50
выборок,
начиная
с
места,
отмеченного
на
предыдущем
слайде
вертикальной
чертой
.
WAVE
-
форма звука
WAVE
-
форма
цифрового
звука
характеризуется
пятью
параметрами
:
частотой
дискретизации,
разрядностью
выборок,
числом
каналов
или
звуковых
дорожек,
алгоритмом
компрессии/декомпрессии
–
кодеком,
форматом
хранения
.
Частота дискретизации
Количество
выборок
в
секунду
называется
частотой
дискретизации
и
измеряется
в
герцах
и
килогерцах
(
1
кГц=
1000
выборок
в
сек
.
)
.
Теоретически
для
правильного
восстановления
аналогового
сигнала
по
его
цифровой
записи
достаточно,
чтобы
частота
дискретизации
более
чем
в
два
раза
превосходила
максимальную
частоту
звука
(
теорема
Котельникова
-
Найквиста
)
.
Частота дискретизации
Таким
образом,
для
качественного
воспроизведения
самого
высокого
слышимого
звука
20
кГц
необходима
частота
дискретизации
не
менее
40
кГц
.
Стандарт
CD
-
DA
цифровых
аудиодисков
требует
частоты
дискретизации
44
,
1
кГц
(CD
-
качество)
.
Используются
также
частоты
22
,
05
(радио
-
качество)
и
11
,
025
и
8
кГц
(телефонное
качество),
во
многих
случаях
дающие
удовлетворительные
результаты
(например,
для
записи
речи)
.
Частота дискретизации
Частота дискретизации
Для
получения
качественного
цифрового
звука
процесс
дискретизации
строится
по
следующей
схеме
:
1.
частичное
подавление
высокочастотных
помех
в
аналоговом
сигнале
с
помощью
аналогового
фильтра
;
2.
оверсэмплинг
–
дискретизация
с
частотой,
значительно
превышающей
требуемую
(при
этом
образующийся
шум
лежит
все
еще
в
неслышимом
диапазоне)
;
3.
подавление
высокочастотного
шума
в
цифровом
звуке
с
помощью
цифрового
фильтра
;
4.
преобразование
к
требуемой
частоте
дискретизации
.
Разрядность выборки
Измеренная
амплитуда
(выборка)
преобразуется
в
целое
число
с
некоторой
погрешностью,
определяемой
разрядностью
этого
числа
.
Это
преобразование
в
числа
с
заданной
разрядностью
называется
квантованием
.
Погрешность
при
квантовании
вносит
шум
тем
больший,
чем
меньше
разрядность
.
Разрядность выборки
Теоретически,
при
n
-
разрядном
квантовании
отношение
сигнал/шум
будет
составлять
6
n
дБ
.
Таким
образом,
при
8
-
разрядной
оцифровке
динамический
диапазон
будет
48
дБ
(качество
УКВ
-
радио,
достаточное
для
речи),
а
при
16
-
разрядной
оцифровке
он
равен
96
дБ
и
практически
покрывает
весь
нормально
слышимый
диапазон
.
Другими
словами,
при
8
-
разрядном
кодировании
различаются
256
уровней
громкости,
а
при
16
-
разрядном
–
65536
,
что
дает
более
точную
запись
.
Разрядность выборки
На
CD
-
DA
применяется
16
-
разрядное
квантование
.
Звуковые
платы
компьютеров
обычно
используют
8
-
и
16
-
разрядное
квантование
.
Применение
оверсэмплинга
в
АЦП
и
ЦАП
позволяет
значительно
уменьшить
шум,
добавляемый
при
квантовании
Каналы
Обычные
звуковые
платы
позволяют
использовать
1
или
2
звуковых
канала
(дорожки)
WAVE
-
звука
–
"моно"
и
"стерео"
.
Алгоритмы компрессии
-
декомпрессии
С
целью
уменьшения
объема
и
потока
звуковых
данных
в
WAVE
-
форме
используются
различные
специальные
алгоритмы
компрессии/декомпрессии
(кодеки),
т
.
к
.
обычные
алгоритмы
сжатия
информации
здесь
не
дают
эффекта
.
Сжатие
аудиоданных
возможно
лишь
с
некоторой
потерей
информации,
но
учет
психофизиологических
особенностей
восприятия
звука
(например,
не
все
частоты
в
слышимом
диапазоне
существенны
для
восприятия),
позволяет
в
ряде
случаев
сделать
эти
потери
практически
незаметными
.
Алгоритмы компрессии
-
декомпрессии
Обозначим
W
–
объѐм
памяти
в
байтах
для
хранения
1
секунды
звука
в
WAVE
-
форме,
w
–
скорость
потока
звуковых
данных
в
WAVE
-
форме
в
бит/сек,
H
–
частоту
дискретизации
(число
выборок
в
секунду),
B
–
разрядность
квантования
(число
разрядов
на
выборку),
C
–
число
каналов
.
Алгоритмы компрессии
-
декомпрессии
Кодеки,
используемые
в
мультимедиа
под
Windows
:
PCM
(Pulse
Code
Modulation)
–
импульсно
-
кодовая
модуляция
(ИКМ)
–
сжатие
может
достигаться
только
за
счет
выбора
меньших
значений
величин
H,
B
и
C
(фактически,
это
несжатый
звук)
;
квантование
происходит
по
равномерной
шкале
из
2
B
значений
;
Алгоритмы компрессии
-
декомпрессии
DPCM
(Differential
PCM)
–
дифференциальная
ИКМ
(ДИКМ)
–
выборка
представляется
своей
разностью
от
предыдущей,
что
требует
меньше
B
битов
;
сжимает
в
несколько
раз
;
ADPCM
(Adaptive
DPCM)
–
адаптивная
ДИКМ
(АДИКМ)
–
то
же,
что
ДИКМ,
только
квантование
происходит
не
по
равномерной
шкале,
а
с
учетом
динамики
изменений
амплитуды
;
сжимает
в
несколько
раз
;
Алгоритмы компрессии
-
декомпрессии
MPEG
(Motion
Picture
Experts
Group)
–
стандарты
Группы
экспертов
в
области
кино
;
для
сжатия
звуковой
информации
используются
стандарты
MP
2
и
MP
3
;
применяется
психоакустическая
компрессия,
при
которой
удаляются
звуки,
не
воспринимаемые
человеческим
ухом
;
сжимает
в
несколько
десятков
раз
при
довольно
высоком
качестве
;
RealAudio
–
метод,
разработанный
фирмой
RealNetworks,
сжимает
в
несколько
десятков
раз,
но
с
невысоким
качеством
;
используется
в
Интернете
для
проигрывания
звуковых
файлов
в
реальном
времени
.
Форматы WAVE
-
файлов
Часто
кодек
определяет
и
формат
аудиофайла,
и,
соответственно,
его
расширение
:
MPEG
–
"
.
mpa",
"
.
mp
3
",
RealAudio
–
"
.
ra",
"
.
rm"
.
Более
гибким
является
WAV
-
формат
для
Windows
(файлы
с
расширением
"
.
wav")
.
В
его
основе
лежит
формат
RIFF
(Resourse
Interchange
File
Format),
позволяющий
сохранять
произвольные
данные
в
структурированном
виде
.
MIDI
-
форма звука
MIDI
-
форма
звука
была
разработана
для
электронных
музыкальных
инструментов
ещѐ
в
1982
году
и
предназначалась
для
передачи
цифровых
сигналов
–
так
называемых
MIDI
-
последовательностей
или
MIDI
-
посылок
–
от
одних
инструментов
к
другим,
например,
от
клавиатуры
к
синтезатору
.
MIDI
–
сокращение
от
англ
.
Musical
Instruments
Digital
Interface,
т
.
е
.
цифровой
интерфейс
музыкальных
инструментов
.
MIDI
-
форма звука
MIDI
-
последовательность
состоит
из
цифровых
команд,
посылаемых
музыкальным
инструментом
.
Они
сообщают
о
произошедших
событиях
–
нажатии
или
отпускании
клавиши
или
педали,
переключении
регистра
или
инструмента
и
т
.
п
.
В
этом
смысле
MIDI
-
последовательность
сродни
нотной
записи
.
MIDI
-
форма звука
Устройство,
которое
по
этим
командам
может
воспроизвести
звук,
называется
MIDI
-
синтезатором
.
На
звуковой
плате
компьютера
имеется
такой
синтезатор,
но
можно
подключить
ещѐ
и
внешний
синтезатор
.
Аппаратные
синтезаторы
различаются
по
методу
синтеза
.
MIDI
-
форма звука
В
настоящее
время
используются
методы
FM
-
и
WT
-
синтезы
.
FM
-
синтез
(от
англ
.
Frequency
Modulation
–
частотная
модуляция)
основан
на
использовании
нескольких
генераторов
сигнала
(операторов),
обычно
синусоидального,
с
взаимной
модуляцией
.
Тембр
звука
получается
искусственный
.
MIDI
-
форма звука
WT
-
синтез
(от
англ
.
Wave
Table
–
таблица
волн)
основан
на
воспроизведении
сэмплов
–
заранее
записанных
в
WAVE
-
форме
образцов
звучания
реальных
инструментов
(обычно
одной
ноты),
которые
перед
воспроизведением
должным
образом
преобразуются
.
Этим
достигается
большая
реалистичность
звучания
классических
инструментов,
но
нужна
память
для
хранения
сэмплов
.
MIDI
-
форма звука
Звуковая
плата
позволяет
также
вводить
MIDI
-
последовательность
от
любого
подключѐнного
к
ней
музыкального
инструмента
и
записывать
еѐ
в
виде
MIDI
-
файла
(расширения
.
mid,
.
rmi),
который
потом
можно
проигрывать
уже
без
всяких
внешних
инструментов
и
включать
в
любые
мультимедиа
-
программы
.
MIDI
-
файлы
в
сотни
раз
компактнее,
чем
аналогичные
WAVE
-
файлы,
поэтому
их
часто
используют
для
создания
музыкального
фона
в
мультимедиа
-
программах
и
Web
-
страничках
.
Звуковая плата
Звуковая плата
Звуковые данные циркулируют либо в аналоговой форме, либо в WAVE
-
форме, либо в MIDI
-
форме. Звуковая плата
Внешний
аналоговый
сигнал
поступает
по
:
микрофонному
входу
–
от
микрофона,
линейному
входу
–
от
линейного
аудиовыхода
любого
теле
-
радио
устройства,
внутреннему
аналоговому
аудиокабелю
,
идущему
от
аналогового
аудиовыхода
дисковода
CD
-
ROM
(как
показано
на
схеме,
такой
дисковод
имеет
собственный
ЦАП,
позволяющий
ему
автономно,
т
.
е
.
без
участия
звуковой
платы
проигрывать
цифровые
аудиодиски)
.
Звуковая плата
Аналоговых
выхода
на
плате
два
:
наушниковый
–
на
наушники
или
пассивные
акустические
колонки
с
предварительным
усилением
с
помощью
внутреннего
усилителя
(не
очень
качественного),
линейный
(без
усиления,
но
с
сохранением
качества)
–
на
линейный
аудиовход
любого
воспроизводящего
или
записывающего
теле
-
радио
устройства
(активные
акустические
колонки,
магнитофон
и
т
.
п
.
)
.
Звуковая плата
Шина
данных
компьютера,
к
которой
подключается
звуковая
плата,
передает
на
плату
и
принимает
от
неѐ
цифровые
аудиоданные
в
WAVE
-
и
MIDI
-
форме
.
MIDI
-
порт
служит
для
ввода
и
вывода
MIDI
-
последовательностей
с
помощью
подключаемых
к
нему
внешних
источников
(например,
MIDI
-
клавиатуры)
и
воспроизводящих
устройств
(MIDI
-
синтезаторов)
.
Звуковая плата
Входной
микшер
соединяет
(микширует)
все
поступающие
к
нему
аналоговые
потоки
в
один,
который
передаѐтся
на
оцифровку
и
запись
в
WAVE
-
файл
.
Выходной
микшер
соединяет
все
поступающие
к
нему
аналоговые
потоки
в
один,
который
передаѐтся
на
аналоговые
выходы
.
Оба
микшера
могут
управлять
уровнем
каждого
канала
каждого
своего
входного
потока
и
отключать
ненужные
потоки
.
Работают
они
одновременно
и,
как
правило,
независимо
друг
от
друга
.
Автор
037akb
Документ
Категория
Образовательные
Просмотров
499
Размер файла
4 908 Кб
Теги
лекция, звукозаписи, стандарт
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа