Audio-video aplikacije

1. Audio-video aplikacije Obrada audio signala

2. Cilj lekcije

3. Obrada signala • Izvođenje operacije nad signalom u cilju poboljšanja njegovih karakteristika. • npr. editovanje zvučnih zapisa, uklanjanje šuma • Obrada signala u vremenskom domenu • koristi se „sirovim” PCM podacima • Obrada signala u frekventnom domenu • koristi se reprezentacijom signala u frekventnom domenu

4. Obrada signala u vremenskom domenu • zvučni zapis se posmatra kao niz brojeva • svaki broj u nizu predstavlja kvantizovanu vrednost • sabiranje signala (miksovanje) • množenje signala konstantom (utišavanje/pojačavanje) • množenje signala signalom –modulacija (izdvajanje fragmenata) • pomeranje signala u vremenu (montaža)

5. Obrada signala u vremenskom domenu • Kombinacije osnovnih operacija • crossfade • echo • replicate • fade in/out

6. Obrada signala u vremenskom domenu • upsampling: dodavanje novih uzoraka • Interpolacija • downsampling: uklanjanje uzoraka

7. Frekventni domen • Furijeova transformacija • za dati signal u vremenskom domenu izračunava njegovu reprezentaciju u frekventnom domenu

8. Frekventni domen • Inverzna Furijeova transformacija • za datu reprezentaciju u frekventnom domenu izračunava odgovarajući signal u vremenskom domenu

9. Frekventni domen • Furijeova transformacija • značenje parametara: • t –vreme • s –frekvencija signal f(t) se može predstaviti kao zbir sinusnih signala čije su amplitudedate sa F(s)

10. Frekventni domen • Furijeova transformacija: primer sledeći signal: predstavlja se kao suma sinusnih signala: što se u frekventnom domenu predstavlja kao:

11. Frekventni domen • Furijeova transformacija • rezultat Furijeove transformacije za dati signal može biti i beskonačno mnogo sinusnih komponenti • ako zanemarimo neke sabirke, rezultat IFT će se razlikovati od originala

12. Frekventni domen • boja zvuka –karakteristika muzičkih instrumenata • određena oblikom funkcije u frekventnom domenu

13. Obrada signala u frekventnom domenu • Filtri • pojačavanje/utišavanje pojedinih frekvencija (equalizer) • množenje signala u frekventnom domenu sa funkcijom koja definiše pojačavanje

14. Kompresija • Lossless kompresija – bez gubitaka • iste metode kompresije kao i za rasterske slike • Lossy kompresija – sa gubicima • mp3 • Ogg Vorbis

15. Kompresija • mp3 • mogućnosti za uvođenje „nečujnih” gubitaka: karakteristike ljudskog čula sluha • zvukovi koje čovek ne čuje • zvukovi koje čovek čuje bolje nego druge • ako se dva zvuka čuju istovremeno, glasniji se čuje a tiši se nečuje • delovi zvučnog zapisa se mogu eliminisati bez čujnih razlika • faktor kompresije ~ 12

16. MIDI • Musical Instrument Digital Interface • protokol za digitalnu komunikaciju muzičkih uređaja • putem MIDI protokola ne prenosi se snimljeni zvuk, nego note koje će instrument odsvirati • instrumenti imaju karakteristične boje zvuka • izuzetno mali fajlovi ~ 50 KB za 5 minuta muzike

17. Mikseta (tonski sto) • Pomoću tonskog stola primamo dva ili više različitih tonskih signala, vršimo njihovo međusobno mešanje u odgovarajućem odnosu uz korekciju po nivou, frekvenciji, vremenu ili na neki drugi način i tako dobijamo konačni proizvod tj. tonski signal po našoj želji i ukusu. • Signali nižegnivoa npr. iz mikrofona priključuju se preko pojačala na mikrofonske ulaze, a jači signali idu na linijske ulaze. Izlazno pojačalo svojim pojačanjem nadoknađuje gubitke nastale u procesu obrade i spajanja.

18. Mikseta (tonski sto) - zahtevi • Ulazi • Svi ulazi moraju biti simetrični da bi se izbegle pojave nesimetrije - ulazne impedanse mikrofonskih ulaza moraju biti 3-5 puta veće od impedanse mikrofona (=500 oma), čime se postiže naponsko prilagođenje i ne opterećuje se mikrofon kao izvor tonskog signala. • Impedansa linijskih ulaza iz istih razloga mora biti = 2 Koma. • Minimalninivo ulaznog signala na mikr.ulazu mora biti –66 dBm (0,39 mV). • Minimalninivo signala na lin. ulazu mora biti +6 dBm (1,55 V)

19. Mikseta (tonski sto) - zahtevi • Izlaz • Takođe mora biti simetričan • Izlazni napon mora odgovarati linijskomnivou +6 dBm. • Impedansa izlaza mora biti manja od 30 oma. • Sabirnica • Pomeranjem bilo kog regulatora ne smeju se menjati nivoi drugih signala. • Ne sme unositi linearna ili nelinearna izobličenja niti povećati šum. • Mora imati mogućnost uključivanja i rada potrebnog broja regulatora. • Na sabirnici nastaje određeno gušenje zavisno od broja priključenih regulatora.

20. Mikseta (tonski sto) – filtarske kombinacije • Ekvilajzer • Kompresor • Ekspander • Limiter • Filtar prisutnosti • Filtar za dramske efekte • ...

21. Egalizacija • Egalizacija je postupak izjednačavanja frekventne k-ke elektroakustičkih uređaja, sastoji se u korekciji nivoa (amplituda) pojedinih oslabljenih frekventnih oblasti, nastalih usled gubitka pri prenosu i reprodukciji zvuka. • Egalizacija se obavlja u cilju proširivanja frekventne k-ke radi kvalitetnije reprodukcije (tonskog signala) zvučne slike i izvodi se pomoću parametarskih i grafičkih ekvilajzera. • Ekvilajzer je elektroakustički sklop (hardver/softver) koji omogućuje promenu frekventne k-ke elektroakustičkog lanca u kome se nalazi. Ceo frekventni opseg ekvilajzera, od 20 Hz do 20000 Hz, podeljen je na pojaseve. Svaki pojas ima jedan regulator. Pomeranjem regulatora na jednu ili drugu stranu pojačava se ili slabi signal čak i do 20 dB, sa strminom od 18 db po oktavi.

22. Frekventni spektar • Svaki instrument ili glas stvara širok raspon (opseg) frekvencija… • Osnovne frekvencije i harmonici su ti koji daju svakom instrumentu njegov poseban ton i karakter • Isticanje ili sečenje određenih frekvencija – promena kvaliteta zvuka

23. Frekventni spektar Frekvencijska područja tonova nekih instrumenata i glasova

24. Četiri (ilipet?) tipova ekvilajzera • Osnovni: kontrola niskih (bass)i visokih(treble)tonova

25. Četiri (ilipet?) tipova ekvilajzera • Tro-pojasni: ističe ili seče niske, srednje, visoke tonove na fiksnim frekvencijama

26. Četiri (ili pet?) tipova ekvilajzera • „Sweepable”: podešava određeni frekventni opseg koji je potrebno korigovati • Jednim dugmetom se postavlja frekventni centar, drugim se postavlja iznos pojačavanja ili slabljenja (u dBs)

27. Četiri (ili pet?) tipovaekvilajzera • Parametarski: postavlja frekvenciju, iznospojačanja/slabljenjai širinu propusnog opsega – opseg frekvencija na koje utiče • Peti tip -GRAFIČKI EKVILAJZER: niz klizača koji rade na više frekventnih opsega (5 do 31) – kada su kontrole podešene, njihovi položaji grafičkipokazuju rezultujuće frekventne odzive.

28. Filtri • Filtri su elementi čija je frekvencijska karakteristika nelinearna, tj.na izlazu filtra imamo namerno izobličen ulazni signal. • U većini slučajeva pomoću filtra zapravo ispravljamo izobličenja koja u prenosu signala unosi prenosni sistem.

29. Filtri Podela prema propusnom opsegu • Filtar vrši odsecanje na graničnim frekvencijama • Nisko-propusni • Visoko-propusni • Propusnik opsega

30. Filtri - primeri • 10 kHz nisko-propusni(high-cut) filtaruklanja frekvencije iznad 10 kHz • Redukuje piskave šumove (hiss-type) • 100 Hz visoko-propusni(low-cut) filtarslabi frekvencije ispod 100Hz • uklanjašumove tipa saobraćajne buke, disanja itd. • 1 kHz filtar propusnik opsega seče frekvencije ispod i iznad frekventnog opsega centriranog na 1 kHz

31. Filtri - primeri

32. Kako koristiti EQ • Pojačati donji deo opsega da se dobije toplina i punoća • Utišati donji deo ako je zvuk suviše basovski ili „debeo” • Pojačati harmonike za prisutnost i definiciju • Utišati harmonike ako je zvuk suviše grub ili piskav

33. Kada koristiti EQ • Prvo, pokušajte da dobijete željeni kvalitet zvuka promenom tipa mikrofona ili njegovim premeštanjem • To obično daje mnogo prirodniji uticaj nego EQ

34. Kada koristiti EQ • Poboljšanje tonalnog kvaliteta • Potisnuti visoke frekvencije da bi se redukovali sibilanti (piskavi suglasnici) pevača • Seći oko 250 Hz kod bas gitarezbog jasnoće • Kreiranje efekta • Oštro sečenje niskih i visokih frekvencija kod glasa daje „telefonski” glas

35. Kada koristiti EQ • Redukovanje šuma • Filtriranje frekvencija ispod 100 Hz kod većine instrumenata redukuje šumove brujanja

36. Zvučna dinamika • Zvučna dinamika označava zvučna zbivanja koja možemo registrovatinašim slušnim organom od najtiših do najjačih zvukova.Dinamika nekog zvučnog izvora definiše se rasponom intenziteta zvuka,koje taj izvor može da produkuje.Kod dinamike ljudskog uha bitne su dve granice: granica bola i granica čujnosti. • Dinamika uha je najveća kod 1000 Hz i iznosi 130 dB. • Stvarna dnevnadinamika zvuka oko nas je u rasponu od 20 dB do 100 dB. • Područje dinamike jednog simfonijskog orkestra je 80 dB, ... • ... a za govornije više od 40 dB.

37. Dinamika uređaja • Medij(um)i za snimanje su ograničavajući faktori, jer donja granica mora bitiveća od vlastitog šuma uređaja i to za 10 do 15 dB, dok gornju granicuodređuje pozicija kod koje dolazi do nelinearnih izobličenja zvuka. Uho je jako osetljivo na nelinearna izobličenja pa primećuje izobličenjekoje iznosi samo 0,3%. • Dinamika snimanja na magnetsku traku iznosi 55 do 65 dB, • radioprenos kod AM (ST): 35-40 dB • FM (UKT): do 60 dB • TV: 45 dB • CD: 80 dB

38. Regulacija dinamike • Dinamiku izvora zvuka treba da prilagodimo dinamici medija kako bismodobili što prirodniji odnos, a time i što verniju reprodukciju. A – dinamika izvora B – ručna regulacija dinamike C – ručna regulacija kada snimatelj poznaje dinamiku izvora D – optimalna regulacija

39. Kompresor dinamike… • Uređaj koji automatski reguliše nivo tonskog signala. U stvari, to je pojačavač čije pojačanje zavisi od veličine ulaznog tonskog signala, naime, kada veličina ulaznog signala pređe određene granične vrednosti, pojačanje opada, a signali koji su ispod donje granične vrednosti, i preti im opasnost da se izgube (maskiraju) u osnovnom šumu uređaja i nosača zvuka, bivaju pojačani iznad zadate vrednosti (prag), koja je iznad nivoa šuma. Nivo tonskog signala čija je veličina u zadatim granicama, ne koriguje se.

40. Kompresor …

41. Kompresija … • Drži nivo vokala ili instrumenata konstantnijim tako da mogu lakše da se čuju kroz miksovanje • Sprečava jake šumove koji mogu biti snimljeni zbog distorzije na traci

42. Kontrole kompresora - standardne • Odnos kompresije (Ratio): Kako se promena ulaza odražava na promenu izlaza • 2:1 – za svaka 2dB promene, izlaz se menja 1dB • 2:1 – za 20dB promene, izlaz se menja do 10dB • Tipični odnosi su od 2:1 do 4:1

43. Kontrole kompresora

44. Kontrole kompresora - standardne • Prag (Threshold): ulazni nivo iznad koga se pojavljuje kompresija • Postavlja se visoko (-5VU) da potisne samo najglasnije tonove • Postavlja se nisko (-10 ili -20VU) da potisne širi opseg • Tipično postavljanje: -10 do -5 • Ako kompresor ima fiksan prag, podešavanje iznosa kompresije obavlja se kontrolomulaznognivoa.

45. Kontrole kompresora - standardne • Vreme reagovanja (Attack time): koliko brzo kompresor redukuje pojačanje kada se desi udar • Tipičnavremena: 0.25 do 10 milisekundi (msec) • Duže vreme: veći pikovi se propuštaju pre nego što se redukcija pojačanja pojavi • Kraće vreme: redukuje prodor umekšavanjem attacka

46. Kontrole kompresora - standardne • Vreme otpuštanja (Release time): koliko brzo se pojačanje vraća na normalu pošto se okončao glasan pasaž • Tipična vremena: 50 msec do nekoliko sekundi • Kraće vreme: prati znatne promene jačine; drži srednji nivo višim ALI • …pošto šum raste zajedno sa pojačanjem, može se dobiti zvuk „pumpanja” • Duže vreme: zvuci mnogo prirodniji

47. Kontrole kompresora Uticaji kompresora na signal -Samo srednji deo ulaza je iznad praga kompresora. Uočite prebačaj (overshoot)kada se nivo signala povećava (potrebno je neko vreme da se pojačanje smanji), i slabljenje kada se ulazni signal vrati na prvobini nivo (a pojačanje poveća). Vreme otpuštanja je generalno duže od vremena reagovanja.

48. Povezivanje kompresora • Da bi kompresovali jedan instrument tokom snimanja: • Povezati kompresor preko Send/Return (ili Channel Insert) in-and-out džeka • Podesiti kontrole, eksperimentisati

49. Limiter • Drži („seče”) pikove signala koji premašuju unapred postavljeni nivo. • Sprečava preopterećenjeiodsecanje signala • Odnos kompresije veoma visok – 10:1 ili viši • Prag se postavlja visoko – 0 VU • Dok kompresor redukuje globalni dinamički opseg; limiter utiče samo na najviše pikove

50. Ekspander (Noise gate , Expander) • Elektroakustički uređaj koji, suprotno od kompresora, povećava dinamički opseg. Koristi se zajedno sa kompresorom, a zadatak mu je da uspostavi dinamiku signala koja je bila pre kompresije, ali sa potisnutim šumom uređaja i traka. • Funkcioniše kao on-off prekidač koji uklanja šum za vreme pauza u audio signalu • Primena: • Čišćenje deonica između taktova kod udaraljki • Kod zašumljenog gitarskog pojačala odsecanje zujanja i pištanja između fraza • Usklađivanje signala bubnja i bas gitare