JU Srednja

ELEKTRO – EKONOMSKA škola

APLIKATIVNI SOFTVER I MULTIMEDIJA

Asim Mahmutović

email: asim.m@t-com.me

UVOD - zvuk

Akustika je nauka o zvuku. Kao takva, ona se

bavi problematikom generisanja zvuka,

njegovim prostiranjem u različitim fizičkim

sredinama i efektima koje zvuk izaziva u

sredini u kojoj se javlja. Akustika je veoma

stara nauka, nastala još davno kao dio fizike.

Tokom dugačkog perioda razvoja akustika je

prošla proces širenja od jedne teorijske grane fizike do široke naučne i tehnološke oblasti.

UVOD - zvuk

To je oblast elektroakustičkih pretvarača

(zvučnici, mikrofoni), u kojoj su sintetizovani

mehanika, mikromašinstvo, tehnologija

materijala, elektromagnetika, itd. U novije

vrijeme akustika se proširila i na neke teme

van inženjerstva koje se na neki način bave

zvukom.

Zvuk je fizička pojava koja predstavlja

sastavni dio čovjekovog okruženja, gdje se

javlja kao prateći element mnogih životnih okolnosti. Zvuk je prisutan gotovo svuda.

UVOD – zvuk

Ne treba zaboraviti da je u ljudskoj

civilizaciji zvuk dobio i druge funkcije. Njega

koriste neke oblasti umjetnosti kao izražajno

sredstvo (muzika, film, pozorište, radio, TV),

što znači u kreativne svrhe. Zvuk je osnova

ljudske komunikacije, pa u raznim oblicima

zvukova ljudi nalaze određeni smisao i značenja (govor, razni zvučni signali i slično).

Pojam zvuka i njegova primjena

Definicija koja je danas najopštije

prihvaćena i koja pokriva sve pojavne oblike

glasi: zvuk je svaka vremenski promenljiva

mehanička deformacija u elastičnoj sredini.

Akcenat u definiciji zvuka je na tri osnovne

odrednice: vremenska promenljivost, mehanička deformacija i elastična sredina.

Pojam zvuka i njegova primjena

„Vremenska promenljivost“ je bitna, jer

postoje deformacije u elastičnim sredinama

koje su vremenski nepromenljive (razni oblici

plastičnih deformacija) i one kao takve nisu

zvuk. Odrednica „mehanička deformacija“ je

značajna jer pokazuje da je zvuk u svojoj

osnovi mehanička pojava, samo na mikro planu strukture materijala.

Pojam zvuka i njegova primena

U definiciji se pominje odrednica „elastična

sredina“ kao uslov za postojanje zvuka. Iz

definicije zvuka proizilazi da on ne može

postojati ni u vakuumu. Polazeći od definicije

zvuka kao vremenski promenljive mehaničke

deformacije dolazi se i do definicije zvučnog

talasa. To je mehaničko talasno kretanje koji

nastaje mehaničkim oscilacijama u materijalu.

Dalje se može definisati i pojam zvučnog

polja. To je onaj prostor u kome postoji zvuk, odnosno mehanički poremećaj.

Zvuk u inženjerstvu

Postoji dva moguća inženjerska pristupa

akustici, odnosno dva različita načina

posmatranja zvučnih pojava:

- zvuk kao sredstvo komunikacije,

- zvuk kao alatka.

1. Zvuk predstavlja sredstvo komunikacije. U tom pogledu za čovjeka su svakako najznačajniji oblici zvučnih pojava govor i muzika. Po definiciji, buka je svaki neželjeni zvuk. Akcenat definicije je na neželjenosti, jer iz te činjenice proističe pojava uznemiravanja.

zvuk kao alatka

2. Zvuk može u različitim okolnostima biti i

alatka, kao aktivno ili pasivno sredstvo. Kao aktivna alatka zvuk služi kada treba da svojom energijom posluži za izvršenje neke radne operacije ili za izvršavanje neke posebne funkcije. Kao pasivna alatka koristi se kada se vrši registrovanje zvukova koji spontano nastaju.

zvuk kao alatka

Karakteristična primjena zvuka kao aktivne alatke je sistem osmatranja dna u vodi ispod

broda (sonar). Može se reći da je to akustički „radar“, jer ovaj ureĎaja šalje zvučni talas i

zatim registruju energiju reflektovanu od prepreka.

Informaciona blok šema akustičkih pojava

Oblici oscilovanja u masivu čvrstih materijala

Brzina zvuka

Pri normalnom atmosferskom pritisku t=20C, brzina prostiranja zvučnih talasa je 343 m/s.

Oblast čujnosti zvuka

Percepcija zvuka je funkcija dvije dimenzije: frekvencije i nivoa zvučne pobude. Nominalne granice čujnog opsega frekvencija utvrĎene su na 20 Hz (donja) I 2 KHz (gornja). S druge strane, postoji granica intenziteta nadražaja ispod koje mehanizam čula sluha ne reaguje. Ona se naziva ″granica čujnosti″. Potrebno je na uho dovesti nadražaje koji su iznad te granice da bi se stvorila zvučna senzacija. Zbog toga je jasno da postoje široke oblasti zvučnih pojava koje čulo sluha ne može registrovati.

Oblast čujnosti zvuka

Prag čujnosti na 20 Hz za zdravo ljudsko uvo iznosi oko 75 dB, a osoba s oštećenim sluhom ove frekvencije gotovo uopšte ne može primiti auditivnim putem. Ako bi npr. gubitak sluha iznosio 50 dB, takvoj bi osobi frekvenciju od 20 Hz morali pojačati na 125 dB, a to bi izazvalo osećaj bola. U području infrazvuka, na frekvenciji od 10 Hz, prag čujnosti je oko 100 dB za zdravo uho.

Konverzija fizičkih signala

– električni signal →promena vazdušnog pritiska

Karakteristike zvuka

• Digitalizacija predstavlja konverziju analognog signala...

• ...u digitalnu reprezentaciju 124 85 161 160 135 76 138 113 147 165 103 136 184 155

Digitalizacija signala

telefonska linija

• frekvencija uzorkovanja: 8 kHz

• 256 kvantizacionih nivoa →8 bita po uzorku

• za kodiranje jedne sekunde signala potrebno je: 8000 (Hz) x 8 bita

• brzina prenosa: 64 kbit/s

Digitalizacija signala

CD audio

• frekvencija uzorkovanja: 44.1 kHz

• 65536 kvantizacionih nivoa →16 bita po uzorku

• za kodiranje jedne sekunde signala potrebno je: 44100 x 16 bita

• brzina prenosa: 705.6 kbit/s (CD audio je stereo –ima dva kanala, dakle sve ovo x2)

Digitalizacija signala

• Razlicite vrste poruka se, prije prenosa telekomunikacionim sistemima, transformišu u elektricne signale.

• Dobijeni elektricni signali se na drugi kraj veze mogu prenositi u svom izvornom obliku – prenos u osnovnom (prirodnom, fizickom) opsegu ucestanosti. Ovakav prenos je najjednostavniji.

Modulacije signala - uvod

• Postoje i drugi nacini prenosa koji zahtijevaju prethodnu obradu originalnog signala. Cilj obrade je da se jednom pomocnom periodicnom deterministickom signalu modifikuju neki osnovni parametri, tako da on postane nosilac originalnog signala, a samim tim i prenošene poruke. Postupak kojim se modifikuju parametri periodicnog signala u funkciji karakteristicnih velicina izvornog signala, naziva se modulacija.

•Cilj u postupku modulacije je da se signal obradi tako da bude podesan za prenos.

Modulacije signala - uvod

MIDI je skraćenica od Musical Instrument Digital Interface i označava komunikacioni protokol koji omogucava kako meĎusobno povezivanje muzičkih ureĎaja, tako i povezivanje muzičkih ureĎaja sa racunarima. To je alat koji omogucava veću kreativnost kod muzicara, na bini i u studiju.

Muzičari u poslednje vrijeme vise koriste sintisajzere -

ureĎaje koji se sastoje iz puno različitih generatora zvuka koji nisu skupi, a pružaju dosta varijacija u generisanju muzike.

Šta je MIDI?

Kao što računari meĎu sobom komuniciraju preko modema, muzički instrumenti to rade preko MIDI-ja. Informacije koje se razmjenjuju su muzičke prirode. U načelu pomenute informacije obavještavaju sintisajzer

kada treba da počne da svira odreĎenu notu i kada da prestane. Ostale informacije vezane su za jačinu note, modulaciju, brzinu nastajanja i iščezavanja note itd. MIDI informacije mogu da obavijeste sintisajzer da promijeni boju, modulacione ureĎaje, jačine tonova na

zamišljenom mikseru i, čak, kako da prima i tumači odreĎene informacije. U poslednje vrijeme kompozicije

iz sintisajzera se, pomoću ovog protokola, mogu prebaciti u računar gdje se mogu uredjivati, ispravljati.

Ukratko o MIDI protokolu

Nosioci informacija u MIDI protokolu su bajtovi. Kombinovanjem bajtova vise informacija se može prenijeti sa jednog na drugi ureĎaj. Svaka MIDI

komanda ima tačno odreĎenu sekvencu bajtova. Prvi bajt je status bajt, koji govori MIDI ureĎaju koju funkciju da odradi. U status bajtu se nalazi i informacija o kanalu, kojih ima 16, i koji su numerisani brojevima od 0 do 15. MIDI ureĎaji će prihvatiti ili ignorisati status bajt u zavisnosti od toga na kojem kanalu je ureĎaj podešen da radi. Svi ostali bajtovi se kasnije prenose tim kanalom, dok se ne primi naredni status bajt.

Ukratko o MIDI protokolu

ProizvoĎači računara su ubrzo došli do zaključka da bi računar mogao biti izvaredan uredjaj za MIDI povezivanje, jer komunicira sa okolinom preko digitalnih informacija. Danas je računar moćniji od bilo kojeg sintisajzera, obzirom da može da generiše boje prisutne u skoro svakom sintisajzeru, dok svaki sintisajzer ima ograničen broj boja. Računar na interfejsu ima sva tri porta i može se priključiti u lancu ili u petlji, kao svaki drugi MIDI ureĎaj. Specifičnost računara u odnosu na ostale muzičke ureĎaje je da računar može da pošalje podatke na 16 MIDI kanala simultano, od kojih je svaki podešen da prima podatke na različitom kanalu, i svaki može da svira zasebnu melodiju, stvarajući na taj način elektronski orkestar.

MIDI i računari

lako je konstruisan u cilju povezivanja muzičkih instrumenata, danas se MIDI protokol sve vise upotrebljava i u multimedijalnim aplikacijama gdje zamjenjuje standardni digitalizovani audio signal. Koriscenje MIDI-ja kao generatora zvuka u odnosu na digitalizovani zvuk sa diska racunara ili CD-a ima vise prednosti. Kao prvo štedi se memorija za čuvanje podataka. MIDI fajl je znatno manji od standardnog WAV fajla za čuvanje digitalnog audio signala. Ove uštede su znatno veće ako je u pitanju muzički signal odabiran na visokoj učestanosti sa 16 bitova. Tako recimo minuta visoko kvalitetno snimljenog audio fajla zauzima prostor od oko 10Mb, dok ista minuta u MIDI formatu zauzima oko 10 Kb.

Siroka upotreba MIDI -ja

MIDI protokol je jednosmerni protokol. To znači da, ako su dva muzička ureĎaja (modula) povezana jednim kablom, niz bitova uvijek ide u jednom smjeru -

od MIDI OUT priključka jednog ureĎaja ka MIDI IN priključku drugog. Isto tako, pomenuti protokol je i asinhroni, što znači da početak emitovanja povorke bitova nije u vezi sa nekim taktom za sinhronizaciju, već je proizvoljan u vremenu. Naravno, vremensko rastojanje izmeĎu bitova unutar poruke je sinhronizovano na 31,25 Kbita u sekundi.

Osnove MIDI protokola

UreĎaji koje MIDI protokol povezuje mogu biti: kontroleri (obično klavijature), sekvenceri (ureĎaji za snimanje i čuvanje MIDI poruka i njihovo reprodukovanje) i generatori zvuka (ureĎaji koji na osnovu MIDI poruka generišu zvuk). Najprostiji MIDI sistem se sastoji od MIDI kontrolera i generatora zvuka, kao što je prikazano na slici 1. U sintisajzerima su obično ova dva uredjaja spojena u jednu cjelinu. U ovim cjelinama postoji unutrašnja veza izmeĎu ureĎaja

i može se po želji uključiti i isključiti.

Osnove MIDI protokola

sl1.MIDI sistem sa PC računarom

Korisnik najčešće može da se sretne sa tri vrste audio datoteka: WAV, MP3 i WMA.

Razlog za relativno velik broj različitih formata za zapis zvuka leži u činjenici da je zvuk memorijski vrlo zahtjevan. Skladištenje informacija o nekom zvuku zahtijeva velike količine podataka. Neki formati datoteka, poput WAV formata unutar operativnog sistema Windows, ne koriste nikakvo komprimovanje (sabijanje), pa su datoteke velike i neprimenjive za upotrebu na Internetu ili za slanje elektronskom poštom.

Vrste audio formata

spisak audio formata koji se najčešće sreću:

• MIDI (.MID) – MIDI format koji je nezavisan od platforme;

• Wave (.WAV) – format za digitalni audio unutar operativnog sistema Windows;

• Audio Interchange File (.AIF) – format za digitalni audio unutar operativnog sistema Macintosh-a;

• Sun Audio (.AU) – format za digitalni audio firme Sun Microsystems;

Vrste audio formata

spisak audio formata koji se najčešće sreću:

• Audio CD (.CDA) – format zvuka na audio CD-u;

• Windows Media Audio codec (.WMA) – komprimovan format za digitalni audio unutar operativnog sistema Windows;

• MPEG Audio Layer 3 (.MP3) – komprimovan format za digitalni audio koji je sve više u upotrebi.

Vrste audio formata

WAV (od engleske riječi wave – talas) je matični format zvuka u operativnom sistemu Windows. Sve Windows aplikacije koje imaju ikakve veze sa zvukom znaju da rade sa WAV datotekama. Nekomprimovane WAV datoteke mogu da budu vrlo velike. Za jednu minutu muzike u WAV formatu, smještene u CD kvalitetu, biće više od 10Mb podataka na disku. Za skladištenje jednog muzičkog CD-a na hard disku u WAV formatu bi bilo potrebno oko 600Mb. Čak i uz današnje kapacitete hard diskova ovo je vrlo mnogo.

Format .WAV

MP3 je kraći naziv za algoritam kodiranja zvuka čije je puno ime MPEG-1 Layer 3. Skraćenica MPEG dolazi od Moving Pictures Experts Group što označava "grupu stručnjaka za pokretne slike". Jedna od najvećih prednosti formata MP3 nad ostalim formatima muzičkih datoteka jeste u tome što korisnici mogu sami da odaberu stepen komprimovanja (sabijanja). Logika je jasna – veći stepen sabijanja daje manju MP3 datoteku, ali i lošiji kvalitet zvuka, dok manji stepen sabijanja stvara veću datoteku, ali i vernije odgovara originalnom zvučnom zapisu iz kojeg je stvoren. Merilo kvaliteta MP3 zapisa je bit rate, dakle količina bitova kojom je predstavljena jedna sekunda zvučnog zapisa. Veći bit rate znači da se koristi manji stepen sabijanja i obrnuto.

Format .MP3

Firma Microsoft suočena sa očitim nedostacima WAV datoteka, razvila je vlastiti komprimovani format muzičkih datoteka WMA (što je skraćenica za Windows Media Audio). Taj format primarno namijenjen za

upotrebu na programu Windows Media Player. Sve su češći i prenosni MP3/WMA player-i, a ovaj format zapisa muzike prihvatili su i divovi muzičke industrije poput firme Sony.

Format .WMA