comeniusproject tewise sunetul -...

ComeniusprojectTEWISE

Sunetul

Copyright © 2002-2010 by Project "TEWISE" for the project -team: [email protected]

All rights reserved. Privacy Statement.

A- 2002- 1-P

C-0 560112

C-S

U IN

EM

OC-

This project has been funded with support from the European Commission. This publication [communication] reflects the views only of the author, and the Commission cannot be held responsible for any use which may be made of the information contained therein.

⇒⇒⇒⇒ Sunetul 1

1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Sunetul Ivo Verovnik, Institutul National pentru Educatie, Slovenia

Tehnologia avansata a calculatorului face posibila implementarea noilor metode in predarea fenomenului acustic. Dezvoltarea rapida a hardware-ului si a software-ului din zilele noastre permite calcule complexe ale diferitelor semnale in timp real. Acest tip de investigatii a putut fi facut, in anii trecuti, doar in centre de cercetare speciale. Profesorul poate beneficia de faptul ca muzica este unul dintre cele mai fascinante elemente de arta si divertisment astfel incat motivatia studentilor sa fie mai puternica. "Materialul care urmeaza este extras si tradus din cartea si CD ROM: L. Mathelitsch, I. Verovnik, Akustische Phänomene* Unde si vibratii Vibratiiile membranei unei tobe sau a unui difuzor produc schimbari ale presiunii aerului din jurul membranei. Aceste schimbari se propaga in imprejurimi ca unde acustice. Acest sunet poate fi inregistrat si stocat in forma digitala astfel incat poate fi reprodus si analizat de un program corespunzator. Noi am folosit Cool Edit, un program partajat (shareware), la un pret minimal, dar exista si alte programe care pot folosi acestui scop, la fel de bine. Rezultatele analizelor pot fi afisate in diferite moduri. Unele dintre ele vor fi prezentate in acest articol. Tehnologia avansata a calculatorului face posibila implementarea noilor metode in predarea fenomenului acustic. Dezvoltarea rapida a hardware-ului si a software-ului din zilele noastre permite calcule complexe ale diferitelor semnale in timp real. Acest tip de investigatii putea fi facut in anii trecuti doar in centre de cercetare speciale. Profesorul poate beneficia de faptul ca muzica este unul dintre cele mai fascinante elemente de arta si di vertisment astfel incat motivatia studentilor va fi mare. Tonul sinusoidal Evolutia in timp a presiunii aerului in ton sinusoidal sau in ton armonic urmeaza o functie sinusoidala. Acest tip de vibratie se produce atunci cand forta de restabilire catre corpul vibrant este proportionala cu deplasarea. Cand frecventa f a vibratiei se afla intr-un anumit interval ( intre 20 si 20000 Hz) aceste unde pot fi auzite de catre om, ca sunet. Inaltimea tonului este determinata de timpul unei perioade de oscilatie T sau de frecventa f. Intre cele doua marimi exista urmatoarea relatie:

Tf

1= .

Cand timpul este dat in secunde, frecventa este in Hertz (1 Hz = 1 s-1). Schimbarea maxima de presiune (amplitudinea) este legata de intensitatea sunetului si astfel, de zgomot. Ambele marimi, frecventa si intensitatea tonului, pot fi afisate de catre o diagrama spectru -frecventa, unde axa orizontala arata frecventa iar cea verticala, intensitatea.

*Leopold Mathelitsch, Ivo Verovnik, Akustische Phänomene, 2004, AULIS VERLAG DEUBNER GMBH & CO KG, Köln (ISBN 3-7614-2532-5), Verlag öbv & hpt, Wien (ISBN 3-209-04585-2).


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Marimile mentionate mai sus pot fi aratate si intr-o asa numita spectrograma sau sonograma. Aceasta este un fel de diagrama tridimensionala , unde axa orizontala reprezinta timpul, axa verticala reprezinta frecventa, iar intensitatea este aratata prin diferite nivele de gri umbrit. Un spectru de frecventa si o sonograma difera in principal prin aceea ca sonograma arata compozitia spectrala a unei inregistrari complete de sunet , in timp ce spectrul de frecventa este doar un instantaneu , reflectand doar un scurt interval de timp. Tonul armonic (tonul sinusoidal) - asa cum este aratat in figura de mai jos - se intalneste rar in natura. O oscilatie nu va exista niciodata in aceasta forma sinusoidala ideala. Dar folosind echipament electronic s-ar putea genera vibratii apropiate de forma sinusoidala. De asemenea, diapazonul produce un sunet care se apropie de tonul unda –sinusoidala.

Sunet: a) forma de unda, b) spectrul de frecventa, c) sonograma.

Tonul complex In tonurile complexe schimbarile in presiunea sunetului sunt periodice dar nu sinusoidale (vezi figura de mai jos - unde este analizat un sunet de trompeta). Matematicianul francez Jean Fourier a dezvoltat teoria explicand ca fiecare functie periodica poate fi exprimata prin suma functiilor sinusoidale, unde frecventele argumentelor sunt multipli ai unei frecvente fundamentale f0..

Periodicitatea presiunii sunetului are drept urmare o serie de termeni sinusoidali afisati in spectrul frecventei. Diferentele de intensitate ale partialelor pot fi de asemenea vazute in sonograma. Inaltimea (cat de inalt pare tonul pentru ascultator) este determinata de frecventa celui mai de jos ton, numita frecventa fundamentala. Numarul si intensitatile tonurilor de sus, care sunt numite armonice, partiale sau supratonuri , dau timbrul sau culoarea tonului complex. Aceasta proprietate a tonului complex face diferenta , de exemplu, dintre o trompeta si un clarinet.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Tonul complex al unei trompete: a) forma de unda, b)spectrul frecventei, c) sonograma.

Zgomotul In reprezentarea sub forma de unda a zgomotului nu exista nici un fel de periodicitate (figura de mai jos). In zgomot exista un numar infinit de tonuri partiale diferite cu toate frecventele cuprinse intr-un anumit interval de frecventa. Acesta poate fi vazut ca un spectru continuu. In natura sunt mai multe zgomote care difera in distributia lor spectrala. Printre acestea se gasesc sunetele catorva instrumente muzicale precum talgerele, sunetele umane ca „s“ or „sh“, avioanele cu reactie, sau zgomotul produs de cascada (afisat in figura de mai jos).

Zgomotul de cascada: a) forma de unda, b) spectrul frecventei, c) sonograma.

Exemplu de sunet: TonKlangGeraeusch1.wav


Proiect Tewise 10

650-

CP

-1-2

002-

AT

-CO

ME

NIU

S-C

21

Vocea umana Vocea este instrumentul esential al omenirii, din moment ce serveste comunicarii, exprimarii sentimentelor si emotiilor; cele mai multe culturi i-au dezvoltat dimensiuni artistice. In ciuda importantei imense a vocii in viata sociala , principalele ei mecanisme nu sunt atat de bine cunoscute publicului. Elementele de baza ale unei voci in timpul vorbirii vor fi discutate in acest capitol. Exemplele de sunete ce ilustreaza diferitele subiecte pot fi completate de experimentele pesonale: oamenii isi pot inregistra vocile, le pot analiza si compara. Pot determina scara de frecventa si volumul vocii lor, pot investiga diferentele in formarea vocalelor si consoanelor, isi pot compara "vocea in timpul cantatului" cu vocile profesionistilor si ale cantaretilor mai putin formati. Corzile vocale Corzile vocale umane se compun dintr-o pereche de pliuri musculare ale caror margini interioare se termina in membrane elastice. Corzile vocale sunt strans lipite de partea interioara a cartilajului tiroidian. Cartilajul tiroidian poate fi simtit in fata laringelui, la barbati fiind si mai vizibil ca o protuberanta numita “marul lui Adam”. La capatul din spate, corzile vocale se termina intr-un cartilaj arytenoid prin care pot fi stranse diferit.

Stanga:Reprezentarea schematica a corzilor vocale umane in pozitia de vorbire. Dreapta:Fotografia corzilor vocale deschise (pozitia de respiratie).

Pentru formarea unui sunet, corzile vocale sunt mai intai inchise. Prin contractarea pieptului, aerul din plamani este directionat catre corzile vocale, prin trahee. Aceasta presiune suplimentara determina corzile vocale sa se separe astfel incat aerul sa poata circula prin aceasta deschizatura, numita glota. Circulatia aerului provoaca o scadere de presiune in glota (paradox aerodinamic) si, sprijinite de tensiunea musculara constanta, corzile vocale se inchid din nou; prin aceasta , se cladeste din nou o crestere de tensiune si ciclul se reia. Acest proces se produce foarte repede, iar periodicitatea oscilatiei determina inaltimea sunetului generat. Pentru a produce o inaltime de concert A4 (440 Hz), corzile vocale trebuie sa se inchide si sa se deschida de 440 ori pe secunda!


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

O caracteristica speciala a acestei vibratii consta in inchiderea corzilor vocale pentru aproape jumatate din perioada de oscilatie. Asa cum vom vedea mai tarziu, acest fapt are consecinte mult mai accesibile . Datorita perioadei mari de timp in care corzile sunt inchise, vibratia acestora difera puternic fata de oscilatia sinusoidala. De aceea vibratia corzilor vocale contine unde armonice cu mult mai inalte, sunetul produs de coarda vocala este bogat in supratonuri. Acest aspect poate fi vazut in spectrul frecventei.

a) Vibratia corzilor vocale, b)Spectrul de frecventa asociat Baietii si fetele au voci cam de aceeasi inaltime. In cazul baietilor, in timpul pubertatii, testosteronul – hormonul sexual masculin – determina dilatarea considerabila a laringelui (spargerea vocii). Cartilajul tiroidian se dezvolta inspre exterior (marul lui Adam), si corzile vocale se intind cu aproape 1 cm. In plus, masa pliurilor vocale creste, ceea ce duce si la incetinirea miscarii corzilor vocale dupa pubertate. Ulterior, efectul general este o voce mai joasa cu aproape o octava fata de vocea de copil. Acest ton al corzilor vocale nu prea seamana cu sunetele pe care le cunoastem ca si cuvinte spuse sau note cantate. Este mai degraba un sunet nedefinit, semanand cu un vag "aaaaah". Vom explica in paginile ce urmeaza cum este transformat un astfel de sunet intr-o voce melodioasa . Exemplu de sunet: Stimmlippen1.wav Vocalele Sunetul produs de corzile vocale este bogat in supratonuri si totusi este relativ slab. El este amplificat de catre cavitatea bucala care actioneaza ca un rezonator; in plus, anumite rezonante ale traiectului vocal produc modificari esentiale in spectrul sunetului, in special formarea vocalelor. Caracteristicile rezonantei gurii pot fi intelese prin urmatoarea analogie sau idealizare: cu o aproximare grosolana, cavitatea bucala poate fi privita ca un tub cilindric cu diametru constant, deschis la un capat in timpul vorbirii sau cantatului. S-a aratat ca glota dintre corzile vocale este ingusta, si ca aceste corzi vocale sunt inchise jumatate din timp. De aceea cavitatea bucala seamana cu un tub inchis la un capat.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Daca presupunem ca lungimea cavitatii bucale a unui barbat este de L = 17.5 cm si inseram aceasta intr-o formula pentru frecventele rezonantei unei astfel de tub fn = (2n+1) c/(4L) , n = 0, 1, 2, … obtinem pentru tonul fundamental o frecventa de f0 = 500 Hz, si pentru primele doua supratonuri frecventele de f1 = 1500 Hz, f2 = 2500 Hz. Aceste rezonante ale cavitatii bucale sunt numite formante (frecvente fundamentale ale unui sunet). Deoarece cavitatea bucala nu are un aspect uniform, formantele reale nu sunt exact la aceste frecvente calculate. Mai mult, rezonantele pot fi miscate prin modificarea cavitatii bucale, in principal prin miscari ale limbii. Unul dintre cele mai importante mecanisme in formarea vorbirii consta in faptul ca pozitia formantelor poate fi modificata intr-o gama variata. Articularea vocalelor proprii unei persoane rezulta din pozitiile diferite ale gurii si limbii, o masura a acesteia fiind data de frecventele primelor doua formante. Aceste aspecte sunt aratate grafic, iar in tabel sunt colectate frecventele primelor doua formante pentru vocile masculine si feminine.

Sonagrama vocalelor individuale , si pozitia corespunzatoare a gurii. Vocalele au fost pronuntate la o inaltime de 100 Hz .


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

jkkj

Frecventele Formantelor

(Hz) ah eh ee oh oo

M 730 530 270 570 300 F1 F 850 610 310 590 370

M 1090 1840 2290 840 870 F2 F 1220 2330 2790 920 950

Valorile medii ale primelor doua formante (F1 si F2) ale vocalelor fundamentale pentru vocile

masculine (M) si pentru cele feminine (F).

Se poate vedea ca, pentru unele vocale, primele doua formante sunt foarte apropiate ca frecventa, totusi, pentru "ee" prima formanta este relativ joasa, iar cea de-a doua este foarte inalta. Dupa cum s-a spus deja , limba joaca un rol important in procesul de articulare. Prima formanta este legata de pozitia verticala a limbii: o pozitie inalta a limbii (ca in cazul "ee") da nastere unei frecvente joase pentru prima formanta, iar o pozitie joasa a limbii ,(ca in cazul "ah"), determina o frecventa inalta pentru acea formanta. Pozitia orizontala a limbii influenteaza a doua formanta: pozitia in fata a limbii ("ee") conduce la valori inalte ale frecventei, daca limba se afla in partea din spate a cavitatii bucale ("oh") frecventele corespunzatoare sunt joase. Dupa cum se poate vedea in urmatoarea imagine, inaltimea si articularea unei vocale sunt doua caracteristici independente. Inaltimea a crescut de la 100 Hz la 200 Hz ceea ce se observa prin cresterea frecventelor tonului fundamental si supratonurilor. Vocala ("eh") ramane la fel – formantele, de exemplu, zonele umbrite, mai intunecate (evidentiate prin sageti) raman in intregime nemodificate.

Vocala "eh" a fost cantata mai intai la 100 Hz, apoi la 200 Hz. Primele trei formante sunt indicate prin sageti.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Se poate observa o discrepanta intre valorile din tabel si cele din figura: in tabel cea de-a doua formanta pentru o voce masculina este data la 1840 Hz, in timp ce figura arata o valoare in jur de 1500 Hz. Motivul acestei discrepante consta in faptul ca orice vocala poate fi articulata in mai multe feluri, deschis, comprimat, nazal, etc., cu toate acestea, este recunoscuta ca vocala distincta. Astfel pozitia formantelor poate fi schimbata intre anumite limite, si va trebui sa se adauge la valorile medii prezentate in tabel si intervalele in care vocalele individuale sunt recunoscute: pentru prima formanta acestea sunt cam cu 50 – 100 Hz in jurul valorilor medii date in tabel, cea de-a doua formanta poate varia cu 200 – 300 Hz, ambele catre frecvente mai inalte si mai joase. Din tabel si din figura urmatoare este evident ca formantele unei voci feminine se situeaza cu 20% mai sus decat cele al unei voci masculine. Cum poate fi aceasta explicata tinand cont de faptul ca , pana la urma inaltimea unei voci feminine este mai ridicata cu o octava (acesta este factorul 2 in frecventa)?

O femeie canta vocalele fundamentale cu o inaltime de 300 Hz.

Motivul rezida in mecanismele diferite de producere a inaltimii sunetului si ale formantelor. Dupa cum s-a aratat in sectiunea precedenta, inaltimea sunetului este data de viteza oscilatiei corzilor vocale. Oricum, acestea sunt mai lungi si mai masive la barbati decat la femei, ceea ce conduce la marea diferenta de inaltime. Pe de alta parte, formantele sunt determinate de lungimea cavitatii bucale; dar capul unei femei nu este cu mult mai mic decat capul unui barbat, si de aici diferenta relativ mica in privinta formantelor. Exemple de sunete: Vokale1.wav, Vokale2.wav, Vokale3.wav Consoane Pentru consoane sunt folosite cateva forme de alcatuire a sunetului acustic si in consecinta poate fi facuta o clasificare in acord cu aceste diferite modele de baza. Consoane fricative Consoanele "f", "s", si "sh" se formeaza atunci cand aerul trebuie sa treaca de o gatuitura, producandu-se astfel un zgomot suierat, fara o inaltime definita. Pentru "f" portiunea ingusta se formeaza intre buze si dinti, pentru "s" intre limba si partea din fata a cerului gurii.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Pentru “sh”, sunetul este generat de un curent de aer turbionar, intre limba si partea de mijloc a cerului gurii. Totusi, unda sonora (care contine multe frecvente) produsa in acest fel, este si ea modificata de catre partea din fata a cavitatii bucale: la fel ca in formarea vocalelor, rezonantele cavitatii bucale influenteaza sunetul. In graficul din dreapta, din figura urmatoarea, se recunosc intervalele de frecvente etaland mai multa intensitate prin comparatie cu frecventele alaturate; pot fi privite ca un fel de formante.

Spectrul frecventei pentru consoanele "s" si "sh".

Consoane Ocluzive "p", "t" si "k" se numesc consoane ocluzive intrucat curentul de aer este blocat in pozitii diferite ale cavitatii bucale. Aerul blocat este apoi brusc eliberat, dand nastere unui zgomot specific, similar unui pocnituri. Diferenta dintre cele trei consoane ocluzive pleaca de la pozitia in care curentul de aer este intrerupt: pentru "p" intre buze, pentru "t" intre limba si partea din fata, pentru "k" intre limba si partea din spate a cerului gurii. Consoane exprimate Corzile vocale nu au participat la formarea consoanelor discutate pana acum. De aceea aceste consoane se numesc consoane neexprimate. Pentru consoanele exprimate "b", "d" si "g", pe langa tehnica blocarii curentului de aer, sunetul exprimat pare sa-si aiba originea in laringe si in functionarea pliurilor vocale. Consoane nazale Cavitatea bucala blocheaza curentul de aer pentru o scurta perioada de timp, in scopul formarii consoanelor nazale. Curentul de aer este astfel, rediretionat prin nas. Diferenta dintre consoanele "m", "n" si "ng" pleaca de la pozitia de blocare a cavitatii bucale, fie la nivelul buzelor, a partii din fata sau a partii din spate a cavitatii bucale. Semi-vocalele Exista anumite consoane ("w", "y", "l", "r") care nu pot fi delimitate strict de vocale. De aceea, aceste consoane, avand caracteristici sonore asemanatoare cu ale vocalelor, se numesc semi-vocale. Chiar si consoanele nazale se numara deja printre semi-vocale.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Sonagramele catorva consoane.

Exemple de sunete: Konsonanten1.wav, Konsonanten2.wav Vorbirea soptita In timpul vorbirii si al cantatului corzile vocale sunt , la inceput, intr-o pozitie inchisa, urmand a fi aduse apoi in oscilatii cu o anumita frecventa. In vorbirea soptita, corzile vocale nu sunt complet inchise. De obicei, partea din spate a glotei ramane deschisa intr-o forma triunghiulara si astfel formeaza asa-numitul triunghi soptitor. Cu cat este mai mare acest triunghi soptitor cu atat devin mai slabe sunetele emise.

Pozitia corzilor vocale in vorbirea soptita, asa-numitul triunghi soptitor fiind reliefat prin negru.

Prin deschizatura glotei aerul poate circula continuu, ceea ce nu provoaca o miscare obisnuita a corzilor vocale. Totusi, in zonele inguste, turbulentele par sa corespunda acustic, zgomotului, un sunet ce contine numerose frecvente. Acest zgomot cunoaste aceeasi modificare in cavitatea bucala ca si sunetul corzilor vocale. De exemplu, sunt scoase in evidenta diferite frecvente potrivit aranjamentului gurii si al limbii. Apar acum exact aceleasi formante, dar sub forma benzilor de zgomot.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Frecventele oscilatiilor corzilor vocale, de exemplu - inaltimea sunetului, nu au mare importanta pentru vorbirea umana care se bazeaza in principal pe vocale (formante) si consoane. Aceasta informatie este continuta si de vocea soptita, ceea ce face ca un text soptit sa fie comprehensibil. Pe de alta parte , vocea soptita pierde din caracteristica timbrului astfel incat abia se poate deduce personalitatea vorbitorului pornind de la sunetul unei fraze soptite.

Vocalele ah, eh si ee. Stanga:vorbit, dreapta:soptit. Din figura de mai sus se poate observa , prin umbrele de gri mult mai slabe, ca intensitatea vocii soptite este mai mica decat cea a vocii normale(vorbite). Cand vorbim in soapta, taria sunetului se situeaza la o valoare cu 10 – 20 dB sub cea a vocii normal vorbite. S-ar putea presupune ca vorbirea cu o voce foarte scazuta, soptita, ar duce la protectia vocii. Vorbirea soptita reprezinta oricum, o forma de generare a vocii foarte nefireasca. Vorbitul in soapta –pe o perioada de timp mai indelungata – produce o tensiune in voce si poate chiar sa provoace afectiuni, datorita ratelor inalte de curent de aer prin triunghiul soptitor, motiv pentru care acesta ar trebui evitat in orice situatie. Exemplu de sunet: Fluestern1.wav Plansul copiilor In figura urmatoare este prezentata sonograma vocii unui nou nascut. Pot fi observate formantele (F1 si F2) de aproximativ 1000 si 2800 Hz , impreuna cu un ton fundamental avand o inaltime in jur de 440 Hz. In continuare adaugam cateva remarci – cele mai multe non-fizice – despre plansul unui nou nascut. Copiii de pe toate continentele plang, dupa nastere, cam la aceeasi inaltime de sunet (400 - 450 Hz). Explicatia consta in faptul ca nou nascutii dezvoltati normal difera foarte putin din punct de vedere al marimii capului si al dezvoltarii sistemului nervos central. Exista contradictii in legatura cu existenta unei corelatii pentru inaltimea standard dupa care ar fi acordate orchestrele, care sa aiba aceeasi frecventa ca inaltimea plansului de copil.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Spectrograma (stanga) si spectrul frecventei medii (dreapta) al plansului unui nou nascut.

Exemplu de sunet: Baby1.wav

CD-ROM „Fenomenul Acustic“ Informatii CD-ROM-ul este desemnat ca supliment al cartii Fenomenul Acustic (Akustische Phänomene, Praxis Schriftenreihe Physik, Aulis Verlag, Koeln or Verlag oebv&hpt, Vienna). Acesta contine exemplele de sunete discutate in carte. Iata de ce cititorul poate asculta exemplele, reproduce analizele si continua cercetarile. Pe langa fisierele de sunet, pe CD mai exista si programul partajat (shareware) Cool Edit 2000 - program de editare sunete, care a fost folosit de autorul cartii. Programul poate fi instalat pe un calculator avand sistemul de operare MS Windows. In acelasi scop, mai pot fi folosite si alte programe, pe langa cel prezentat. Printre acestea unele sunt mai complexe si de obicei mai scumpe dar sunt si programe gratuite (freeware) si sursa deschisa (open source) precum Audacity (http://audacity.sourceforge.net/). Pe CD ROM se pot gasi urmatoarele fisiere: Readme Information.doc Textul similar cu acesta (in limba Germana) Readme Information Cool Edit.doc Cum folosim programul Cool Edit Readme Installation Cool Edit.doc Cum instalam programul Cool Edit ce2kmain.exe Programul de instalare pentru Cool Edit 2000 Exemple de sunete Toate fisierele sunet in format WAV. Structura exemplelor de sunete urmeaza structura cartii Fenomenul Acustic.

- Primul nivel corespunde celor cinci capitole ale cartii. - Al doilea nivel corespunde subcapitolelor. - In ultimul nivel sunt fisiere sunet in format WAV . Numele fisierelor corespund

numelor afisate la sfarsitul fiecarui subcapitol.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

1. Grundlegende Phänomene (Bazele sunetului) 01 Ton, Klang, Geraeusch (Tonul, Tonul Complex , Zgomotul) TonKlangGeraeusch1.wav 02 Wellenformen (Forma undelor) Wellenformen1.wav, Wellenformen2.wav, Wellenformen3.wav, Wellenformen4.wav 03 Offene und geschlossene Enden (Tuburi deschise si inchise) Pfeife1.wav 04 Helmholtz-Resonator (Rezonatorul Helmholtz) Helmholtz1.wav 05 Schwebungen (Bataia) Schwebungen1.wav, Schwebungen2.wav, Schwebungen3.wav 06 Schallgeschwindigkeit (Viteza sunetului) Geschwindigkeit1.wav, Geschwindigkeit2.wav, Geschwindigkeit3.wav Geschwindigkeit4.wav 07 Schallabsorption (Absorbtia sunetului) Absorption1.wav 08 Doppler-Effekt (Efectul Doppler ) Doppler1.wav 09 Mach´sche Pfeife (Tubul lui Mach) Mach1.wav, Mach2.wav 10 Tonhöhe (Inaltimea sunetului) Tonhoehe1.wav, Tonhoehe2.wav 11 Lautstärke (Intensitatea auditiva) Lautstaerke1.wav 12 Konsonanz-Dissonanz (Consonanta si disonanta) Konsonanz1.wav, Konsonanz2.wav 2. Akustische Naturphänomene (Fenomenul sunetului natural) 01 Wind-Äolsharfen (Sunetul vantului si harpele eoliene) Wind1.wav, Wind2.wav 02 Donner (Tunetul) Donner1.wav 03 Wassertropfen (Picaturile de apa) Wassertropfen1.wav, Wassertropfen2.wav 04 Wasserfall und Rauschen (Cascada si zgomotul) Wasserfall1.wav 05 Meeresmuschel (Scoicile) Muschel1.wav 06 Frösche (Broastele) Froesche1.wav 07 Vögel (Pasarile) Voegel1.wav, Voegel2.wav, Voegel3.wav 08 Fledermäuse (Liliecii) Fledermaus1.wav 09 Huftiere (Animalele cu copite) Huftiere1.wav


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

10 Affen (Maimutele) Affen1.wav 11 Herztöne (Zgomotul inimii) Herz1.wav 12 Muskelgeräusche (Contractia muschilor) Muskel1.wav, Muskel2.wav 3. Stimme (Vocea umana) 01 Stimmlippen (Corzile vocale) Stimmlippen1.wav 02 Vokale (Vocalele) Vokale1.wav, Vokale2.wav, Vokale3.wav 03 Konsonanten (Consoanele) Konsonanten1.wav, Konsonanten2.wav 04 Flüstern (Vocea soptita) Fluestern1.wav 05 Schreien von Babys (Plansul nou nascutilor) Baby1.wav 06 Gesangsformant ( Formantele care canta) Gesangsformant1.wav 07 Vibrato (Vibrato) Vibrato1.wav, Vibrato2.wav, Vibrato3.wav 08 Pfeifen (Fluieratul) Pfeifen1.wav 09 Chemische Stimmen (Vocile chimice) Chemische1.wav 4. Geräusche in Technik und Haushalt (Zgomotul dispozitivelor tehnice si casnice) 01 Sirene (Sirena) Sirene1.wav 02 Zahnbohrer (Freza dentara) Zahnbohrer1.wav 03 Transformator und Hochspannungsleitungen (Transformatorul si liniile de alimentare) Transformator1.wav 04 Autoreifen (Rotile) Autoreifen1.wav 05Automotor (Motorul masinii) Automotor1.wav 06 Hubschrauber (Elicopterul) Hubschrauber1.wav 07 Digitale Schallaufzeichnung (Inregistrarile sunetelor digitale) Digital1.wav, Digital2.wav 08 Datenreduzierung (Reducerea informatiilor) MP3.wav 09 Telefone (Telefonul) Telefon1.wav


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

10 Wasserglas (Paharul de apa) Wasserglas1.wav, Wasserglas2.wav 11 Wasserglas einfüllen (Turnand in pahar) Einfuellen1.wav 12 Weinglass (Paharul de vin) Weinglas1.wav, Weinglas2.wav 5. Instrumente muzicale 01 Stimmgabel (Diapazonul) Stimmgabel1.wav, Stimmgabel2.wav 02 Kirchenglocken (Clopotele bisericii) Glocken1.wav, Glocken2.wav, Glocken3.wav, Glocken4.wav 03 Monochord (Monochord) Monochord1.wav 04 Geige (Violina) Geige1.wav, Geige2.wav 05 Blockflöte (Recorder-ul) Blockfloete1.wav 06 Klarinette (Clarinetul) Klarinette1.wav 07 Zugposaune (Trombonul) Zugposaune1.wav 08 Mit Pauken und Trommeln (Cu tobe si timpani) PaukenTrommeln1.wav 09 Maultrommel (Harpa evreiasca) Maultrommel1.wav

Cool Edit 2000 Versiunea 1.1 Instalarea

Instalarea programului Cool Edit se poate face pe unul din urmatoarele sisteme de oparare: Win 95, 98, ME, NT, 2000, XP Procedura tipica de instalare trebuie sa contina urmatorii pasi: - Inserati CD ROM –ul in unitatea de CD . - Apasati pe butonul Start , apoi alegeti Run din meniu. - Cu optiunea Browse puteti gasi D:\ce2kmain.exe sau scrieti simplu D:\ce2kmain.exe, daca D corespunde unitatii in care introduceti CD-ul. - Faceti click pe OK si rulati programul de instalare. Acum urmati instructiunile date de programul de instalare. - In fereastra Select destination directory puteti opta pentru destinatia sugerata:C:\Program Files\Cool2000 sau puteti alege o alta.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

- In fereastra Audio file association puteti selecta tipul de fisiere sunet pentru care programul Cool Edit va fi editorul implicit. De exemplu, daca intentionati sa folositi fisiere MP3 cu alt program, trebuie sa deselectati acea optiune. - In fereastra Shortcut on desktop puteti alege Yes, daca veti folosi programul foarte des. Altfel, il veti porni prin meniul Start . - Dupa finalizarea procedurii de instalare apare fereastra Cool Edit 2000 - Trial version. Aceasta fereastra va aparea ori de cate ori veti porni versiunea de program neinregistrata. La fiecare start, se pot selecta doua optiuni din opt, care determina functionalitatea restrictionata a programului. Daca sunt alese primele doua optiuni (oferite), se pot incerca si folosi toate exemplele de pe CD ROM. Dupa ce faceti click pe OK, este incarcat si rulat automat fisierul sunet Good Sound Stuff.au, asa incat poate fi verificat succesul instalarii. Daca inregistrarea este afisata si rulata , asa incat sa se poata auzi muzica, instalarea este terminata si programul poate fi inchis in mod obisnuit. - Rularea programului: Exista doua posibilitati: Daca este creata scurtatura pe desktop, programul Cool Edit 2000 se lanseaza cu un simplu click pe icon. Acelasi lucru poate fi facut prin meniul Start: Start\Programs\Cool Edit 2000\Cool Edit 2000. Dupa pornirea programului, cand apare fereastra Cool Edit 2000 - Trial version, se poate apasa butonul Buy Now si se urmeaza instructiunile.

Cool Edit 2000 Versiunea 1.1 Instructiuni elementare In continuare sunt descrise cateva sfaturi fundamentale despre folosirea programului Cool Edit. Instructiunile despre instalarea programului sunt intr-un capitol diferit (Cool Edit 2000 installation). Programul poate fi folosit pentru inregistrarea si ascultarea fisierelor sunet ca si pentru finalizarea analizelor semnalelor de sunet. Rezultatul analizelor poate fi prezentat sub diferite forme: Forma de unda: Dezvoltarea in timp a presiunii sunetului poate fi afisata ca diagrama. Spectrul frecventei: Sunt afisate componentele spectrale, calculate de analizele lui Fourier pentru un interval de timp scurt. Spectrograma sau sonagrama: Dezvoltarea in timp a componentelor spectrale este prezentata grafic printr-o diagrama tridimensionala. Dupa pornirea programului, apare fereastra initiala a acestuia fara nici un fisier deschis. Comenzile de baza, care sunt disponibile din meniu, sunt similare cu ale altor programe


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

folosite in mediul MS Windows. Informatiile complete despre program pot fi gasite in meniul Help . Pentru incepatori este recomandat sa se ruleze un scurt tutorial animat , cu sunet : Help\Tutorials\Overview of Cool Edit 2000. In continuare sunt date informatii de baza pentru a vedea exemplele discutate in cartea Akustische Phaenomene care sunt continute de acest CD ROM: Deschiderea unui fisier Pentru a deschide un fisier se foloseste optiunea File\Open si apoi se alege fisierul sunet dorit. Fisierul poate fi de orice tip, dintre cele folosite in zilele noastre in inregistrarile digitale. Toate inregistrarile de pe acest CD ROM sunt fisiere de tip WAV. Pe langa folosirea optiunilor din bara meniu, se pot folosi scurtaturile care se gasesc in bara de instrumente, sub bara meniu. In acest scurt tutorial ne vom axa pe optiunile din bara meniu. Afisare sub forma de unde sau sonagrama In functie de starea initiala a programului, fisierul este deschis in vizualizarea sub forma de unda sau ca sonograma. Se poate opta pentru una dintre cele doua vizualizari - prin View\Waveform view sau View\Spectral view. Setari in rezolutia spectrului Vizualizarea spectrului (sonagrama) arata evolutia compozitiei spectrului pentru intregul fisier sunet. Rezolutia spectrului poate fi setata la diferite valori si , de obicei, valoarea initiala nu se potriveste cerintelor noastre. Aceasta este setata la valoarea de 64. Asta inseamna ca 64 esantioane digitale ale inregistrarii sunetului se folosesc in calculul FFT (Fast Fourier Transformation – Tranformarea Rapida Fourier). Aceste valori sunt intotdeauna egale cu 2n, unde n este numar intreg pozitiv. Valoarea rezolutiei se poate schimba la 512, de exemplu, prin meniul: Options\Settings\Spectral, unde in loc de 64 trebuie aleasa sau scrisa valoarea 512 si apoi confirmata cu butonul OK. Pentru exemplele din carte rezolutia spectrului a fost setata de obicei la 512 sau 1024. Aceste valori depind de se doreste sa se arate. O valoare mai joasa a rezolutiei spectrului afiseaza o rezolutie mai joasa pe scala frecventei, dar mai inalta pe scala timpului. La valori mai inalte ale rezolutiei spectrului se intampla exact opusul. De obicei daca inregistrarea este facuta cu o rata scazuta de esantionare este nevoie ca si rezolutia scazuta a spectrului sa arate o sonograma pura. Marire si micsorare Cateodata se doreste sa se arate un interval mic dintr-o unda sau sonograma, afisat pe intreg ecranul (marind axa orizontala). Acest lucru se poate face mai intai prin click pe mouse si alunecarea spre dreapta sau stanga suprafetei de lucru a ferestrei. Portiunea selectata este acum afisata in culori complementare. Iconurile de redimensionare, localizate aproape de coltul din stanga jos al ferestrei, sunt folosite la determinarea diferitelor tipuri dimensionare. Pentru redimensionarea selectiei pe tot ecranul se face click pe . Facand click pe , afisarea se restaureaza la marimea originala. Pentru a mari sau micsora vizualizarea , respectand scala (verticala) a frecventei unei sonograme, sunt doua iconuri in coltul din dreapta jos al ferestrei. Facand click pe sonagrama este marita, iar prin click pe sonograma este micsorata. Un efect similar se poate obtine facand click de dreapta pe bordura din dreapta a sonogramei.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

Afisarea spectrului frecventei Spectrul frecventei arata compozitia spectrala (diagrama frecventa/intensitate) a unei inregistrari de sunet intr-un interval de timp relativ scurt. Pentru a arata spectrul unei inregistrari de sunet (care este prezentata atat ca unda cat si ca sonograma) dintr-un anumit punct al inregistrarii, este mai intai necesar sa se faca click pe suprafata de lucru la valoarea de timp selectata (pozitie orizontala). Apoi, trebuie sa se selecteze din meniu -Analyze/Frequency analysis, pentru a arata spectrul de frecventa al inregistrarii din acel punct. Cateodata este mai util sa se vada spectrul frecventei medii din intervalul de timp selectat. In acest caz procedura este similara cu cea descrisa mai sus , cu conditia ca la inceput , in loc sa se selecteze numai un punct din inregistrare, sa se selecteze un interval de timp prin metoda “apasa si trage” mouse-ul (click and drag) pe suprafata de lucru a ferestrei. Dupa alegerea din meniu a optiunii Analyze/Frequency analysis este afisat spectrul de frecventa din punctul de mijloc al intervalului selectat. Pentru a obtine media din acest interval de timp se face click pe butonul Scan, localizat in coltul din dreapta jos al ferestrei. Dupa un anumit timp (depinzand in cea mai mare parte de viteza procesorului si de lungimea intervalului de timp) este afisata media spectrului. Pentru a schimba forma sau pentru a redimensiona fereastra cu spectrul frecventei, se face “click and drag” pe marginea ferestrei, catre directia dorita. Rezolutia spectrala , folosita la calcularea spectrului frecventei, poate fi setata la valoarea campului FFT Size , localizat in coltul din stanga jos al ferestrei care arata spectrul. Cand se doreste ascultarea inregistrarii si in acelasi timp vizualizarea spectrului - care urmeaza schimbarile compozitiei spectrale a sunetului - cea mai inalta valoare, setata in campul FFT Size nu trebuie sa depaseasca 1024. Inregistrarea sunetului cu programul Cool Edit. Se recomanda urmatoarea procedura. Microfonul trebuie sa fie atasat conexiunii corespunzatoare (vezi indicatiile). Placa de sunet trebuie sa fie pregatita pentru inregistrare. Vom folosi setarile oferite de mediul MS Windows: Start / All programs / Accessories / Entertainment. Aici vom selecta Volume Control. Fereastra Volume control este acum afisata. Aici alegem Options si apoi Properties. Trebuie selectat butonul Recording. Slide-ul Microphone trebuie sa fie inchis in pozitia de mijloc. Campul Mute nu trebuie selectat. In continuare, trebuie folosit unul dintre programele pentru inregistrarea sunetelor. Vom

folosi Cool Edit. Dupa lansarea programului se face click pe butonul , localizat aproape de coltul din stanga jos al ferestrei. Apare fereastra New Waveform. Aici sunt sugerate


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

cateva setari: Sample rate (numarul de esantioane pe secunda), Chanels (mono sau stereo), si Resolution (numarul de bits folositi pentru fiecare esantion, de exemplu: 8, 16, 24, 32 bits; depinde de placa de sunet a calculatorului). De obicei 16 bits corespund cerintelor noastre. Dupa ce facem click pe OK, incepe inregistrarea.

Facand click pe inregistrarea este intrerupta. In acest stadiu, inregistrarea pe care am facut-o este gata pentru editare, reproducere si salvare. Inregistrarea poate fi salvata pe orice mediu de stocare a datelor. De obicei se foloseste hard disk-ul. In acest scop se foloseste meniul principal (sus): File / Save as …, la fel cum trebuie facut si in alte programe de calculator. O procedura similara trebuie folosita si atunci cand facem inregistrarea de pe un alt dispozitiv audio analog, precum radio, walkman … Conexiunea Line out sau Phones a dispozitivului audio trebuie legata cu un cablu la conexiunea Line in a calculatorului. (In anumite calculatoare conexiunea MIC poate fi folosita in acelasi scop). In acest caz, trebuie activata optiunea Line In din Volume Control. Cateva exercitii recomandate cu programul Cool Edit

1 Deschideti fisierul sunet TonKlangGeraeusch1.wav. Acesta are trei parti: tonul armonic, tonul complex si zgomotul. Rulati fisierul. Opriti-l undeva la mijloc si rulati-l iar din acel punct. Selectati o parte a inregistrarii si ascultati-o. Ascultati-o repetat (in bucla). Opriti rularea.

2 Comutati afisajul intre vizualizarea sub forma de unda si vizualizarea spectrala.

3 Afisati detaliile de timp(redimensionati) ale celor trei parti, pentru a se putea urmari evolutia in timp a presiunii sunetului.

4 Masurati timpul unei perioade in tonul armonic si in tonul complex. Acuratetea poate fi mai buna daca se folosesc mai multe perioade si apoi timpul total este impartit la numarul de perioade masurate. Pastrati aceste valori pentru o utilizare ulterioara.

5 Afisati spectrul mediu pentru fiecare dintre cele trei parti ale inregistrarii.

6 Modificati marimea ferestrei cu spectru (lungime, inaltime si amandoua odata).

7 Afisati spectrul mediu al zgomotului si schimbati valoarea FFT (Fast Fourier Transformation) de la 2048 la 256. Care sunt diferentele? Procedati la fel cu tonul armonic si cu tonul complex.


1065

0-C

P-1

-200

2-A

T-C

OM

EN

IUS

-C21

Proiect Tewise

8 Masurati frecventa tonului armonic si frecventa fundamentala a tonului complex folosind spectrul si spectrogramele. Verificati valorile masurate cu valorile calculate din momentul unei perioade masurate inainte (vezi Nr 4).

9 Care sunt cele mai puternice frecvente in spectrul continuu al zgomotului unei cascade (ultima parte a inregistrarii)?

10 Taiati o bucata dintr-un tub de polivinil cu lungimea cuprinsa intre 6 si 12 cm. Inchideti-l la un capat cu degetul mare si fluierati sufland deasupra celuilalt capat de tub. Incercati sa obtineti un alt ton cu o inaltime mai mare.

11 Inregistrati fuieratul: conectati microfonul la calculator si inregistrati tonul fluieratului pe care l-ati facut. Daca este posibil, faceti inregistrarea nu numai a tonului scazut ci si al celui inalt. Sa fie la 16 K esantioane /secunda, rezolutie 16 bit si pe un singur canal (mono).

12 Salvati inregistrarea cu numele ales de dumneavoastra, pe hard disk, in folder-ul Seminar.

13 Inchideti fisierul, inchideti programul Cool Edit si reporniti-l. Deschideti fisierul sunet si faceti cateva editari si analize asupra acestuia. Eliminati partea inutila a inregistrarii sunetului (faceti click si trageti cursorul mouse-ului peste un anumit interval de timp si apasati butonul delete de pe tastatura). Afisati spectrul partilor selectate din inregistratrea sunetului si afisati spectrograma intregii inregistrari.

14 Verificati previziunile teoretice despre frecventele rezonante ale unui tub inchis la un capat, cu valorile masurate obtinute din spectru. Folosind cel mai simplu model, teoretic vorbind, frecventa fundamentala a unui tub inchis la un capat corespunde cu situatia in care lungimea tubului este egala cu un sfert din lungimea de unda.

15 Daca aveti timp, inregistrati-va vocea, pronuntand diferite vocale,de exemplu: a, e, I, o, u sau cateva cuvinte simple. Faceti analizele inregistrarii dupa cum doriti. Incercati sa gasiti rezolutia spectrala (valorile FFT) cea mai potrivita pentru cuvintele vorbite. Incercati, in final, urmatoarele valori pentru FTT: 128, 256, 512, 1024, 2048 si 4096.

16 Daca aveti timp, masurati alte cateva sunete (diapazon …

17 Daca aveti timp, incercati sa explorati si alte disponibilitati ale programului Cool Edit 2000, folosind meniul Help oferit de acest program.

18 Cool Edit este doar unul dintre numeroasele programe de editare si analiza a fisierelor sunet. Pe parcursul anilor vor aparea noi programe avand caracteristici similare. Printre ele vor fi si programele gratuite, open source. Unul dintre ele este AUDACITY, valabil pentru descarcarea de pe internet la adresa: Http://audacity.sourceforge.net/ Daca aveti timp, descarcati programul (about 2.4 MB), instalati-l si testati-l.

comeniusproject tewise sunetul -...

Documents