skriptá Zvuková technika - Katedra rádioelektroniky FEI STU v ...

PredslovSkriptá sú určené pre všetkých záujemcov o problematiku zvukovej techniky, predovšetkýmpre študentov študijného programu inžinierskeho štúdia Rádioelektronika, ktorí v 2. ročníkunavštevujú predmet Zvuková technika na Ústave elektroniky a fotoniky FEI STUv Bratislave. Výučba tohto predmetu má dlhoročnú tradíciu, avšak doteraz neboli k nemuvydané žiadne učebné texty. Predmet nadväzuje na predmety: Číslicové spracovanie signálov,Záznam signálov a Aplikovaná elektroakustika. Predpokladá sa, že študenti majú vedomostio zázname zvuku, jeho analógových a digitálnych princípoch, ktoré získajú v prvých dvochuvedených predmetoch. Keďže náplňou tretieho predmetu Aplikovaná elektroakustika je ajproblematika mikrofónov, reproduktorov, reproduktorových ozvučníc a sústav, nadväzujúcipredmet Zvuková technika sa týmto témam venuje iba v nevyhnutnej miere, napr. smerovýmvlastnostiam mikrofónov, ktoré sa využívajú v stereofónii. Tieto skriptá prinášajú okremzákladných poznatkov aj komplexnejší pohľad do problematiky doplnený často hlbšouanalýzou a porovnaním.Publikácia je rozdelená do ôsmich kapitol, ktoré pokrývajú učebnú látku prednášanúpočas celého semestra. Prvá kapitola sa venuje mikrofónom, ich parametrom a smerovýmvlastnostiam, prístupom k snímaniu ľudského hlasu a rôznych hudobných nástrojov,stereofónnym metódam snímania zvuku a taktiež viackanálovým mikrofónovým systémoma viackanálovej reprodukcii zvuku. Druhá kapitola opisuje základné poznatky o elektrickýchprepojeniach medzi zariadeniami zvukovej techniky, nesymetrickom a symetrickom vedenísignálu, napájaní kondenzátorových mikrofónov a DI boxoch. V tretej kapitole sú uvedenézákladné informácie o mixážnom pulte, frekvenčnej korekcii, panoramatickom potenciometri,indikátoroch úrovne signálov a vizualizácii stereofónnych signálov pomocou goniometraa merača korelácie. Štvrtá kapitola sa zameriava na úpravu dynamického rozsahu zvukovýchsignálov pomocou kompresora, limitera, expandera a šumovej brány, ich statickýma dynamickým vlastnostiam a využitiu kompandera pri redukcii šumu. Piata kapitola zahŕňaproblematiku zvukových efektov využívajúcich časovo premenné filtre (wah, phasing)a časové oneskorenie (echo, flanger, vibrato, chorus) a venuje sa tiež systémom simuláciemiestnosti s umelým dozvukom. Šiesta kapitola sa zaoberá metódami analógovej syntézy(subtraktívna, harmonická, aditívna), hybridnej syntézy (tabuľková) a digitálnej syntézyzvuku (FM, granulárna). V siedmej kapitole sú opísané základné informácie o komunikačnomrozhraní MIDI, jeho technických parametroch, prenosovom protokole, rôznych typochprenášaných MIDI dát a o základných MIDI zariadeniach a MIDI systémoch. Náplňou ôsmejkapitoly sú základné metódy percepčného kódovania zvuku s využitím frekvenčnéhoa časového maskovania v psychoakustických kóderoch zvuku, s dôrazom na algoritmus MP3.Poďakovanie patrí obidvom lektorom prof. Ing. Václavovi Syrovému, CSc. a Ing. JiřímuSchimmelovi, PhD. za posúdenie rukopisu a predovšetkým za ich cenné odborné pripomienkya námety.AutorkaBratislava, november 20113

ObsahPREDSLOV........................................................................................................................................................... 31 SNÍMANIE A REPRODUKCIA ZVUKU ................................................................................................ 71.1 ÚVODNÉ POZNÁMKY............................................................................................................................. 71.2 MIKROFÓNY ......................................................................................................................................... 81.2.1 Parametre mikrofónov .................................................................................................................... 81.2.2 Smerové vlastnosti mikrofónov ..................................................................................................... 101.2.2.1 Smerová charakteristika z hľadiska konštrukcie mikrofónu................................................................ 101.2.2.2 Teoretické smerové charakteristiky..................................................................................................... 121.2.3 Efekt blízkosti ................................................................................................................................ 161.2.4 Mikrofóny s prepínateľnou smerovou charakteristikou ................................................................ 201.2.4.1 Mikrofóny s jednou membránou ......................................................................................................... 201.2.4.2 Mikrofóny s dvoma membránami ....................................................................................................... 201.2.5 Mikrofón s tlakovou zónou............................................................................................................ 211.3 STEREOFÓNIA ..................................................................................................................................... 241.3.1 Binaurálne počutie........................................................................................................................ 241.3.2 Stereofónna reprodukcia............................................................................................................... 251.3.2.1 Intenzitné efekty v stereofónii............................................................................................................. 251.3.2.2 Časové efekty v stereofónii ................................................................................................................. 261.3.3 Stereofónne mikrofónové systémy .................................................................................................271.3.3.1 Metóda jednotlivých mikrofónov ........................................................................................................ 271.3.3.2 Koincidenčný stereofónny systém XY................................................................................................ 281.3.3.3 Koincidenčný stereofónny systém MS................................................................................................ 291.3.3.4 Stereofónny systém oddelených mikrofónov AB................................................................................ 311.3.3.5 Takmer koincidenčné stereofónne systémy......................................................................................... 341.3.3.6 Zmiešané stereofónne konfigurácie mikrofónov ................................................................................. 351.3.3.7 Koincidenčné mikrofóny s tlakovou zónou......................................................................................... 361.4 SNÍMANIE ZVUKU HUDOBNÝCH NÁSTROJOV A ĽUDSKÉHO HLASU ....................................................... 361.4.1 Snímanie ľudského hlasu............................................................................................................... 361.4.2 Snímanie zvuku hudobných nástrojov ........................................................................................... 391.4.2.1 Plechové dychové nástroje .................................................................................................................. 391.4.2.2 Drevené dychové nástroje ................................................................................................................... 391.4.2.3 Sláčikové nástroje ............................................................................................................................... 401.4.2.4 Akustický klavír .................................................................................................................................. 401.4.2.5 Bicie nástroje....................................................................................................................................... 421.4.3 Pseudostereofónia......................................................................................................................... 431.5 VIACKANÁLOVÉ ZVUKOVÉ SYSTÉMY.................................................................................................. 451.5.1 Viackanálová reprodukcia zvuku ..................................................................................................451.5.1.1 Digitálne zvukové formáty pre filmy .................................................................................................. 521.5.1.2 Usporiadanie posluchového priestoru pri reprodukcii surroundového zvuku...................................... 561.5.2 Viackanálové mikrofónové systémy............................................................................................... 572 ELEKTRICKÉ PREPOJENIA................................................................................................................ 642.1 NESYMETRICKÉ VEDENIE SIGNÁLU ..................................................................................................... 642.2 SYMETRICKÉ VEDENIE SIGNÁLU.......................................................................................................... 652.3 NAPÁJANIE ......................................................................................................................................... 682.3.1 Fantómové napájanie.................................................................................................................... 682.3.2 Napájanie A-B............................................................................................................................... 702.4 DI BOX................................................................................................................................................ 702.4.1 Pasívny DI box.............................................................................................................................. 712.4.2 Aktívny DI box............................................................................................................................... 722.5 MIKROFÓNOVÝ ROZBOČOVAČ ............................................................................................................ 734

3 MIXÁŽNY PULT...................................................................................................................................... 743.1 FREKVENČNÝ KOREKTOR.................................................................................................................... 753.1.1 Grafický ekvalizér ......................................................................................................................... 803.1.2 Ekvalizér s laditeľnou frekvenciou................................................................................................ 803.1.3 Parametrický ekvalizér.................................................................................................................. 803.2 FADER ................................................................................................................................................ 823.3 POMOCNÝ VÝSTUP „PRE FADER“ ........................................................................................................ 823.4 PANORAMATICKÝ POTENCIOMETER.................................................................................................... 833.5 SKUPINOVÉ VÝSTUPY.......................................................................................................................... 843.6 AUDIO GONIOMETER A MERAČ STUPŇA KORELÁCIE............................................................................ 853.7 INDIKÁTORY ÚROVNE ZVUKOVÝCH SIGNÁLOV ................................................................................... 884 RIADENIE DYNAMICKÉHO ROZSAHU ZVUKOVÝCH SIGNÁLOV .......................................... 904.1 KOMPRESOR A LIMITER....................................................................................................................... 944.2 EXPANDER A ŠUMOVÁ BRÁNA .......................................................................................................... 1014.3 KOMBINOVANÝ DYNAMICKÝ PROCESOR........................................................................................... 1034.4 KOMPANDER..................................................................................................................................... 1045 ZVUKOVÉ EFEKTY ............................................................................................................................. 1075.1 EFEKTY VYUŽÍVAJÚCE ČASOVO PREMENNÉ FILTRE........................................................................... 1075.2 EFEKTY VYUŽÍVAJÚCE ČASOVÉ ONESKORENIE.................................................................................. 1085.3 SIMULÁCIA MIESTNOSTI.................................................................................................................... 1115.4 VLOŽENIE EFEKTOVÉHO ZARIADENIA DO ZVUKOVÉHO REŤAZCA...................................................... 1226 SYNTÉZA ZVUKU................................................................................................................................. 1236.1 ČASOVÁ OBÁLKA HUDOBNÉHO SIGNÁLU .......................................................................................... 1236.2 ANALÓGOVÁ SYNTÉZA ..................................................................................................................... 1246.3 HYBRIDNÁ SYNTÉZA......................................................................................................................... 1316.3.1 Tabuľková syntéza....................................................................................................................... 1316.3.2 Digitálne riadený oscilátor ......................................................................................................... 1346.4 DIGITÁLNA SYNTÉZA ........................................................................................................................ 1346.4.1 FM syntéza .................................................................................................................................. 1356.4.2 Granulárna syntéza..................................................................................................................... 1407 KOMUNIKAČNÉ ROZHRANIE MIDI............................................................................................... 1437.1 TECHNICKÁ ŠPECIFIKÁCIA ROZHRANIA MIDI ................................................................................... 1447.2 MIDI DÁTA....................................................................................................................................... 1467.2.1 Kanálové MIDI správy................................................................................................................ 1467.2.1.1 MIDI správy „Nota zapnutá“ a „Nota vypnutá“................................................................................ 1467.2.1.2 MIDI správa „Individuálna tlaková citlivosť“................................................................................... 1487.2.1.3 MIDI správa „Zmena kontroléra“...................................................................................................... 1487.2.1.4 MIDI správa „Zmena programu“ ...................................................................................................... 1537.2.1.5 MIDI správa „Spoločná tlaková citlivosť“ ........................................................................................ 1537.2.1.6 MIDI správa „Ohýbanie tónu“ .......................................................................................................... 1537.2.2 Systémové MIDI správy............................................................................................................... 1537.2.2.1 Spoločné systémové MIDI správy..................................................................................................... 1547.2.2.2 Systémové MIDI správy reálneho času............................................................................................. 1557.2.2.3 Zvláštne systémové MIDI správy...................................................................................................... 1567.3 MIDI ZARIADENIA............................................................................................................................ 1577.4 MIDI SYSTÉMY................................................................................................................................. 1588 KÓDOVANIE ZVUKU .......................................................................................................................... 1628.1 STRATOVÉ A BEZSTRATOVÉ KÓDOVANIE .......................................................................................... 1628.2 PERCEPČNÉ KÓDOVANIE ZVUKU: MPEG – PRÍKLAD STRATOVÉHO KÓDOVANIA .............................. 1638.2.1 MPEG-1 vrstva 3 (MP3) ............................................................................................................. 1668.2.1.1 Banka filtrov...................................................................................................................................... 1688.2.1.2 Modifikovaná diskrétna kosínusová transformácia (MDCT) ............................................................ 1718.2.1.3 Prepínanie okien................................................................................................................................ 1735

8.2.2 Ďalšie formáty MPEG................................................................................................................. 1748.3 INÉ FORMÁTY REDUKCIE DÁT ........................................................................................................... 175LITERATÚRA.................................................................................................................................................. 1766